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2017年  第31卷  第1期

研究进展
基于激光诱导炽光法进行碳烟测量的研究进展
刘福水, 花阳, 吴晗, 高永利, 吴昊
2017, 31(1): 1-12. doi: 10.11729/syltlx20160104
摘要(247) HTML (180) PDF(20)
摘要:
激光诱导炽光法(Laser Induced Incandesence,LⅡ)是一种非接触式的光学诊断方法,可获得激光片光照射薄层内瞬时碳烟的二维分布,具有较高的时间与空间分辨率,已经成为一种重要的碳烟测量技术。本文首先介绍了LⅡ技术的发展历程和基本原理,然后从数值模拟、定性和定量测量3个方面详细综述了LⅡ用于碳烟测量的技术方法以及国内外的研究进展,并对今后的发展提出了建议。实现定量测量的标定方法主要有采样法、LⅡ结合消光法(Light Extinction Method,LEM)和双色法LⅡ(2-Color Laser Induced Incandesence,2C-LⅡ),其中2C-LⅡ因实现相对简单,可以在线实时标定,因此在国内外获得了较大的发展。本文通过总结国内外LⅡ技术在测量碳烟方面的研究成果,希望让国内同行了解该方法的研究现状以及该方法在揭示碳烟生成氧化机理方面的重要作用,为其今后的发展提供一些参考。
基础研究及应用
比热比和压比对高超飞行器尾喷流影响的实验研究
贺旭照, 秦思, 周凯, 乐嘉陵
2017, 31(1): 13-19. doi: 10.11729/syltlx20160084
摘要(136) HTML (85) PDF(5)
摘要:
采用比热比为1.25的四氟化碳和空气的混合气体,模拟了超燃冲压发动机出口高温燃气的比热比。采用模型内喷管模拟发动机内喷流,风洞流场模拟飞行器外流。在0.5m常规高超声速风洞中,建立了模拟吸气式高超飞行器热态尾喷流干扰研究的实验手段,开展了喷流比热比对吸气式高超声速飞行器后体区域气动性能影响的实验研究。比较了相同外流和喷流落压比条件下,纯空气和混合气体喷流在喷流干扰区域的压力分布及流场结构。结果显示,混合气体喷流和空气喷流在喷流干扰区域的流场及表面压力分布差别明显。实验证实了喷流比热比是一个不可忽视的重要因素,在研究吸气式高超声速飞行器喷流干扰问题时应准确模拟。
高韦伯数下煤油液滴的破碎机理研究
孔上峰, 封锋, 邓寒玉
2017, 31(1): 20-25. doi: 10.11729/syltlx20160106
摘要(394) HTML (190) PDF(15)
摘要:
为了探究高韦伯数下气流速度及液滴初始直径对液滴破碎以及Rayleigh-Taylor不稳定波的影响,进行了煤油单液滴在气流中破碎的实验,采用高速摄影技术记录了液滴的破碎过程,应用包含粘性和表面张力的Rayleigh-Taylor不稳定性理论分析了液滴的破碎过程,对Rayleigh-Taylor不稳定波波长与液滴破碎时间进行了理论计算,并与实验结果做了对比研究。结果表明:当We为321左右时,煤油液滴开始呈现灾型破碎模式;气流速度、液滴初始直径对液滴表面的最大增长率Rayleigh-Taylor不稳定波的波长、增长率和临界波长均有影响;Rayleigh-Taylor不稳定性理论在预测最不稳定波长时,结论与实验结果的误差不超过6%;取经验参数M为8.9时,液滴破碎时间理论与实验误差最小。
平板边界层参数水槽测量与仿真分析研究
张璇, 沈雪, 田于逵, 孙海浪, 谢华, 张楠
2017, 31(1): 26-31,46. doi: 10.11729/syltlx20160098
摘要(137) HTML (65) PDF(11)
摘要:
利用LDV测试技术,在小型水槽中对零压力梯度的光滑平板边界层进行了平均速度剖面测量。利用测得的速度数据进行从壁面到对数律层尾区全壁面律的拟合求解获得壁面摩擦速度和其他边界层流动参数。在实验测量之外还开展了平板绕流CFD仿真分析,并将实验结果、仿真计算结果和平板经验公式计算结果进行比较。结果表明,基于LDV的全壁面律拟合求解平板表面边界层流动参数具有较高精度,结合仿真分析,可为利用平板开展水中MEMS壁面剪应力传感器标定提供理想的输入。
旋转爆轰发动机燃烧室的燃烧与流动特性研究
王宇辉, 乐嘉陵, 杨样, 谭宇
2017, 31(1): 32-38. doi: 10.11729/syltlx20160119
摘要(262) HTML (176) PDF(15)
摘要:
设计了一台爆轰环腔外径100mm、内径80mm、长117 mm的不带有尾喷管的旋转爆轰发动机燃烧室,并进行了实验和数值模拟研究,来了解不同当量比下的燃烧和流动特性。在该燃烧室头部,空气通过60个直径2mm孔轴向喷射,氢气通过2mm宽环缝喷射。氢气和空气最大供给总压分别可达12和10.5MPa。实验发现,当量比大于2时,燃烧发生在燃烧室以外,为爆燃;当量比接近于1时,燃烧室内存在多个反向旋转爆轰波,爆轰波平均速度较低,不超过1000m/s;当量比小于0.58时,仅有一个爆轰波准稳态旋转。在当量比为0.55时,旋转爆轰波传播速度为1274m/s。在当量比为1时,进行了17s无热防护的旋转爆轰发动机实验,未发现燃烧室有明显烧蚀。数值模拟表明在流量为400g/s时,有3个爆轰波同向旋转,外壁面侧传播速度约为1998m/s。
风洞自由飞试验中气动参数辨识准度评价方法研究
张天姣, 汪清, 何开锋, 钱炜祺
2017, 31(1): 39-46. doi: 10.11729/syltlx20160148
摘要(231) HTML (97) PDF(11)
摘要:
当高超声速风洞自由飞试验的测量数据被有色噪声污染时,传统的Cramér-Rao界作为参数估计准度的度量往往过于乐观。文本采用一种修正协方差方法来处理传统的最大似然估计的残差,以便计算出有色残差情况下精确的Cramér-Rao下界,对辨识参数结果进行不确定度评价。以10°半锥角尖锥模型为例,通过大量的Monte Carlo仿真试验和风洞试验验证了修正协方差方法的有效性。结果表明,在风洞试验测量存在有色噪声情况下,修正协方差方法给出的标准差均值约为传统的Cramér-Rao界方法给出的标准差的3~5倍,与参数估计的统计标准差一致,客观反映了参数辨识结果的精准度。
ADN基推力器中红外吸收光谱燃烧诊断
曾徽, 李飞, 余西龙, 陈连忠, 姚兆普, 张伟
2017, 31(1): 47-53. doi: 10.11729/syltlx20160147
摘要(195) HTML (95) PDF(5)
摘要:
ADN(二硝酰胺铵盐)基单组元绿色推进技术是空间推进领域的国际研究热点,目前国内外对ADN基推进剂分解和燃烧过程缺乏统一、完善的燃烧动力学机理,尤其欠缺对推力器内部燃烧过程和关键中间产物定量信息的实验研究。本文通过发展先进中红外光谱诊断技术(QCLAS),实时诊断ADN基推进剂分解、燃烧反应中的CO,N2O多种关键组分浓度、燃气温度等关键参数。推力器稳态点火测量结果验证了ADN推进剂催化分解和燃烧两步反应阶段理论研究,脉冲点火下组分浓度变化规律呈现与脉冲序列一致特性,验证了推力器正常工作的稳定性和可靠性。基于测量结果初步评估了ADN基推力器性能,特征速度达1130m/s,达到同类型肼推力器标准,验证了该绿色推力器良好的应用前景。
矩形长宽比对射流中心线湍流特性的影响
马梓然, 徐敏义, 栾剑, 刘晓鹏, 赵飞飞
2017, 31(1): 54-61. doi: 10.11729/syltlx20160116
摘要(162) HTML (95) PDF(8)
摘要:
采用热线风速仪技术,测量了在出口雷诺数15,000条件下的不同长宽比(AR=1~15)矩形射流中心线速度场。主要分析了矩形射流中心线上平均速度、频谱、湍流尺度等变化规律。结果表明:随着长宽比的增加,射流的脉动速度和湍流度在出口之后会显著增强,反映了卷吸周围流体能力显著增强。随着射流向下游发展(x/De>30),不同长宽比的矩形射流湍流能谱、概率密度函数、湍流尺度等统计量逐渐趋近于圆形射流规律,这是由于射流演化遵循动量向周围流体更高效传递的原理。
大扩张比喷管分离流动冷流试验研究
刘沛, 李耿, 赵利
2017, 31(1): 62-66. doi: 10.11729/syltlx20160067
摘要(235) HTML (145) PDF(8)
摘要:
为研究流动分离条件下气流特性,针对某试验大扩张比喷管,开展了地面冷流试验研究。试验得到了分离点前后测点压强与入口压强的变化规律,并对测点压强数据进行了傅里叶分析。研究结果表明,随着入口压强升高,分离点前测点压强不断升高,分离点后测点压强降低,远离分离点的下游测点压强基本不变,且略低于环境压强;流动分离会导致分离点后压强脉动增大,且脉动主要为50Hz以内的低频脉动,该研究为大扩张比喷管的设计及试验提供了重要参考。
测量技术
平面双光子激光诱导荧光技术在高焓气流氧原子测量中的初步应用
罗杰, 蒋刚, 王国林, 马昊军, 刘丽萍, 张军, 潘德贤, 邢英丽, 唐飞
2017, 31(1): 67-72. doi: 10.11729/syltlx20160033
摘要(123) HTML (80) PDF(14)
摘要:
基于双光子吸收激光诱导荧光(Two-photon absorption laser-induced fluorescence,简称TALIF)技术,在纯净的高焓流场环境中进行测量,获得氧原子的荧光信号。为了获取更大区域内的流场信息,将激发激光整形成80mm宽的薄片状激光。通过对测试镜头的优化选择和对ICCD参数的合理设置,实现了对距离镜头大于1.2m超远目标的清晰成像。对所获取的荧光图像进行分析,在测试结果中可以清晰地看到超声速流场中在模型头部形成的弓形激波,亚声速流场中氧原子浓度在距头部30~50mm处最强,靠近模型头部处浓度较前方偏弱,这些结果符合实验预期。测试方法将在下一步运用到流场定量测量中。
NPLS流场测量技术在高超声速风洞中纳米粒子跟随性数值仿真
李中华, 李志辉, 蒋新宇, 吴俊林
2017, 31(1): 73-79. doi: 10.11729/syltlx20160094
摘要(180) HTML (89) PDF(10)
摘要:
从描述粒子运动的微观层次出发,采用双向耦合技术,建立了一种适用于稀薄条件下两相流动的DSMC数值模拟方法。对相间相互作用进行解耦处理,实现了气固两相间动量和能量相互作用的模拟。采用基于DSMC方法的稀薄两相流双向耦合算法,对NPLS测量技术高超声速流场测量中纳米粒子的跟随性进行了数值研究。通过Φ50nmTiO2粒子在不同高超声速流场条件下气相-纳米粒子两相流场的仿真,表明在稀薄度很小的流场中,纳米粒子的跟随性很好。而随着流场稀薄度增加,流场中纳米粒子的跟随性降低,纳米粒子在流场中的分布与气相流场分布差异变大,通过NPLS测量得到的激光散射信号不能反映流场结构。
有压槽道流中图像处理参数对推移质运动测量结果的影响
苗蔚, 曹列凯, 陈启刚, 李丹勋
2017, 31(1): 80-86. doi: 10.11729/syltlx20160057
摘要(93) HTML (99) PDF(4)
摘要:
推移质运动具有间歇性和波动性,在应用高速摄影方法进行测量时,有关参数会直接影响测量结果。在封闭槽道中进行了试验研究,定量分析了样本容量、采样历时、采样区域及相邻2帧图片之间的时间间隔(采样间隔)等参数对推移质运动测量值的影响,包括运动比例、运动速度以及单宽输沙率。结果表明,参数选择对测量结果影响很大,需要根据实验条件合理选取参数:在本研究的实验条件下,当样本容量不小于5000、采样历时不小于100s及采样面积不小于400倍粒径的平方时,统计平均结果才能收敛;同时,随采样间隔的增大,运动速度与单宽输沙率减小,而运动比例增大。研究结果可供图像处理法观测推移质运动参考。
实验设备及方法
低雷诺数效应对0.6m连续式风洞性能影响
熊波, 程松, 罗新福, 周恩民
2017, 31(1): 87-92,99. doi: 10.11729/syltlx20160079
摘要(203) HTML (99) PDF(8)
摘要:
风洞试验中通常采用降低运行总压的方法来扩大风洞雷诺数模拟的下边界。同常压试验相比,在低雷诺数条件下,风洞流场是否存在明显变化,风洞流场品质是否满足指标要求,直接影响风洞试验数据的精准度。为了研究低雷诺数效应对0.6m连续式跨声速风洞性能(包括轴流式压缩机性能、总压及马赫数控制精度、流场均匀性)的影响,调试人员在0.6m连续式跨声速风洞中开展了大量相关试验,本文在对试验结果进行整理、分析的基础上,给出了Re对风洞性能的影响。结果表明:(1)Re对压缩机性能、总压控制精度、马赫数控制精度、流场均匀性都有明显影响,当Rec<5×105c=0.1√A)时,雷诺数效应明显,且Re越小,影响越大。(2)0.6m连续式跨声速风洞能够真实、准确反映Re对风洞流场性能和测力试验数据的影响规律,是开展高空低雷诺数飞行器、翼型、发动机等性能研究的理想地面模拟试验平台。
基于可压缩流体的热线探针校准风洞研制
马护生, 刘会龙, 秦天超, 杜炜, 时培杰, 任思源
2017, 31(1): 93-99. doi: 10.11729/syltlx20160108
摘要(476) HTML (123) PDF(24)
摘要:
在可压缩流体中利用热线技术进行湍流度测量时,其输出不仅与脉动速度有关,也和流体温度、密度紧密相关。因此,需要建立与高速可压缩流体特征相似的校准装置,在使用前对热线探针进行准确校准。基于亚跨声速可压缩流体,对热线探针校准风洞的气动总体方案、关键结构设计、测控处系统研制等做了介绍和说明。风洞流场校测结果表明,模型区Ma最大偏差0.002,风洞速压可以降低至常规速压的50%以下,也可增至常规速压的1.7倍以上,温度和密度调节范围宽,流场均匀性好,满足热线探针校准需求。
高速风洞中条带悬挂支撑干扰研究
李强, 刘大伟, 陈德华
2017, 31(1): 100-108. doi: 10.11729/syltlx20160053
摘要(241) HTML (126) PDF(9)
摘要:
以Ty-154标模为研究对象,分别对其有、无假条带干扰进行试验,获得了条带支撑干扰量。采用嵌套网格方法,数值模拟了条带对Ty-154标模的干扰作用。结合试验与数值结果,分析了支撑干扰产生的机理,探讨了条带支撑对模型局部细节的一些破坏可能产生的影响,并与尾、腹支撑干扰特点进行了对比。数值模拟与试验结果吻合较好,研究方法可靠性高。结果表明:条带支撑对CL干扰很小,使得CD增大约0.0005,并产生一个较小的抬头力矩干扰,较尾、腹支撑优势明显;Ma>0.9时,条带干扰量增大,干扰规律不定;动带机身开槽及定带转轴对试验结果影响都很小。

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《实验流体力学》编辑部

2021年8月13日