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2020年  第34卷  第1期

复杂流场光学诊断技术专栏
基于层析原理的湍流火焰三维测量综述
宋尔壮, 雷庆春, 范玮
2020, 34(1): 1-11. doi: 10.11729/syltlx20190135
摘要(182) HTML (108) PDF(32)
摘要:
实现对湍流火焰的三维测量是人们长期追求的目标之一。近十年,随着高速相机、激光、数值算法的高速发展,高时空分辨的三维燃烧诊断成为可能。对基于层析原理的三维燃烧诊断技术的发展与应用现状进行综述:首先介绍层析技术的原理以及相关算法的发展情况;其次对实现三维层析燃烧诊断的测量系统进行综述;再次,按照光学信号的分类,分别介绍层析技术结合发射光谱、激光诱导荧光、阴影/纹影、Mie散射等进行三维燃烧测量的应用情况;最后,从实际应用的角度出发,对层析三维燃烧诊断技术的发展提出展望。
薄层液膜厚度的点测量和空间测量方法综述
李天宇, 黄冰瑶, 廉天佑, 李松阳, 李玉阳
2020, 34(1): 12-24. doi: 10.11729/syltlx20190075
摘要(301) HTML (129) PDF(40)
摘要:
液膜现象广泛存在于自然界和工业过程中,特别是在发动机中,燃油雾化通常会形成亚毫米量级乃至微米量级的薄层液膜,其厚度的高精度测量对发动机的设计和改进具有重要意义。介绍了薄层液膜厚度测量中常用的点测量方法和空间测量方法。点测量方法包括电测法和全内反射法,用于单点液膜厚度的测量,具有成本低、操作简单的优点,但不具有空间分辨能力。空间测量方法包括电测法、荧光强度法和平面激光诱导荧光法,可同时测量多个位置乃至连续区间内的液膜厚度,获取液膜分布和运动发展信息。其中电测法操作方便、稳定性高,但是会对液膜产生扰动;而光测法为非侵入方法,适用于高速运动液膜的厚度测量。
本生灯法结合纹影技术测量甲烷/空气层流燃烧速度及流场分析
相龙凯, 牙宇晨, 聂晓康, 任飞, 柯伟, 楚化强
2020, 34(1): 25-32. doi: 10.11729/syltlx20190087
摘要(457) HTML (189) PDF(43)
摘要:
层流燃烧速度是确定燃烧传播模型和验证化学反应机理的关键参数。搭建了本生灯实验系统和纹影实验系统用于探究甲烷预混层流燃烧特性,通过本生灯法和纹影技术测得了甲烷/氮气/空气的层流燃烧速度和火焰外部流场,并且探究了当量比及氮气掺混对层流燃烧速度和火焰外部流场的影响。研究发现,当量比对甲烷层流预混火焰燃烧特性有着重要的影响,随着当量比的增加,层流燃烧速度先增大后减小,锥形火焰高度先减小后增加,火焰外部流场开始逐渐趋于稳定;氮气掺混对层流燃烧速度起着降低的作用,且掺混的氮气越多,层流燃烧速度降低幅度越大;掺混氮气后火焰高度增加,但是火焰外部流场变得更加紊乱,难以稳定。
结构光照明技术在瑞利散射成像去杂散光应用中的研究
闫博, 苏铁, 陈爽, 陈力, 杨富荣, 涂晓波, 母金河
2020, 34(1): 33-37, 48. doi: 10.11729/syltlx20190093
摘要(288) HTML (140) PDF(36)
摘要:
激光片光成像技术在流场测量领域的应用前景十分广阔,但该类测量技术在实际测量中都会受到杂散光或背景光干扰的影响,降低了光学成像质量。因此,开展了将结构光照明技术应用到激光片光成像测量中来消除杂散光干扰的研究。结构光照明技术是一种新型的杂散光抑制方法,可以将原始图像数据分为有效信号和杂散光(来自于激光片光焦平面外的干扰光)两部分,在后期数据处理中,有效信号会保持不变,而杂散光会因为空间频率不同而被剔除掉。首先,基于Matlab软件理论分析了该类方法消除杂散光的作用;其次,设计了一套应用于瑞利散射成像的结构光照明测量装置,主要由连续激光器、Ronchi光栅和EMCCD相机组成,其中Ronchi光栅用于产生正弦光强分布的激光片光。最后利用该测量装置在McKenna平面火焰炉上开展了瑞利散射图像测量实验,验证了结构光照明的方法具有消除杂散光影响、提高瑞利散射图像精度的作用。
综述
基于物理模型的汽车空气动力学研究综述
刘锦生, 徐胜金, 王庆洋, 鲍欢欢, 王勇
2020, 34(1): 38-48. doi: 10.11729/syltlx20190081
摘要(560) HTML (509) PDF(84)
摘要:
汽车空气动力学涉及到绕流湍流、流动稳定性、流动分离与控制、流固耦合及噪声等复杂且基础的流体力学问题。本文梳理了国内外学者基于汽车物理模型的空气动力学研究进展,介绍了前人在气动力、流场研究、流动控制、计算和实验的对标、多车空气动力学、污染、风噪等方面取得的研究成果,分析了研究存在的不足,并对未来汽车空气动力学研究方向进行了探讨和展望。
基础研究与应用
类F-16飞行器风洞虚拟飞行试验研究
张石玉, 赵俊波, 付增良, 梁彬, 周家检
2020, 34(1): 49-54, 86. doi: 10.11729/syltlx20180157
摘要(503) HTML (282) PDF(38)
摘要:
为研究高性能战斗机在大迎角机动飞行时复杂的非定常流动现象和运动-控制耦合现象,研制了三自由度风洞虚拟飞行试验系统,开展了类F-16飞行器模型风洞虚拟飞行试验。在小迎角试验中完成模型短周期运动模态模拟和控制律验证,在大迎角试验中测量到俯仰运动失稳现象,在负迎角试验中测量到横航向耦合失稳现象。研究表明:在横航向耦合失稳时,采用副翼增稳滚转通道难以恢复横航向稳定性,且可能发生运动-控制耦合振荡,而通过升降舵机动改变迎角可有效恢复横航向稳定性。
膜片非理想打开行为对自由活塞激波风洞运行的影响
朱浩, 张冰冰, 余亦甫
2020, 34(1): 55-59. doi: 10.11729/syltlx20190023
摘要(257) HTML (141) PDF(13)
摘要:
在自由活塞激波风洞中,主膜片非理想打开行为可能对活塞运动和激波形成产生不同程度的影响。基于膜片的剪切-应变模型和活塞动力学模型,得到了膜片打开-活塞运动的耦合方程组,完成了膜片动态打开过程对活塞运动和常压力驱动时间影响的刻画。研究显示:由于活塞前脸压力和活塞速度之间存在博弈,膜片打开行为的差异性对活塞末端速度影响不大,活塞在压缩管末端可以实现"软着陆"。此结论得到试验证实。试验结果还显示:主膜片非理想打开行为对激波形成的影响较大,但是随着激波的传播,这种影响逐渐减弱。
7°尖锥高超声速边界层转捩红外测量实验
陈久芬, 凌岗, 张庆虎, 解福田, 许晓斌, 张毅锋
2020, 34(1): 60-66. doi: 10.11729/syltlx20180172
摘要(310) HTML (148) PDF(38)
摘要:
为了推动高超声速边界层转捩研究的深入开展,给边界层转捩机理研究、物理模型验证、转捩数据库构建和转捩天地相关性的建立等提供基础风洞实验数据,在中国空气动力研究与发展中心的Φ1 m高超声速风洞开展了边界层转捩规律红外热图实验。针对半锥角7°尖锥模型,研究了不同单位雷诺数、迎角和马赫数对尖锥边界层转捩位置的影响规律。实验单位雷诺数(0.49~2.45)×107/m,迎角范围-10°~10°,马赫数5~7,模型头部半径0.05 mm。通过红外热图技术测量模型表面温度分布,获得了较为详细的转捩位置和转捩参数影响规律。实验结果表明:在马赫数5~7范围内,马赫数增大,尖锥转捩位置提前,分析认为是高马赫数时的雷诺数较大、自由流噪声水平较高引起;随着单位雷诺数的增大,边界层转捩位置前移,转捩雷诺数保持不变,约为3.0×106;小迎角时,随着迎角的增大,迎风面边界层转捩推迟,背风面边界层转捩前移,在10°大迎角时,迎风区中心线转捩前移,出现迎角"转捩逆转"现象,背风区出现了流动分离导致的低热流条带。
超疏水表面水下电解补气方法研究
张梦卓, 胡海豹, 杜鹏, 黄潇
2020, 34(1): 67-71. doi: 10.11729/syltlx20190097
摘要(202) HTML (100) PDF(13)
摘要:
利用石墨电极电解装置,研究了人工海水电解过程中电流随电极极距和数目的变化规律,并观察了矩形管道中电解装置在不同工作电压下超疏水表面的气膜状态,验证了超疏水表面电解补气的可行性。结果表明:电解装置工作过程中电压与电流呈线性关系,在电压一定的条件下,电流随电极数目的增加而增加,随极距的增加而减小。计算电解效率后发现,增加电极数目虽然有利于提高电流,但是电解效率却有所下降。在湍流流动中,观测到超疏水表面气膜在水流冲刷下破坏消失,当电解装置在低电压下工作时,产气量较小,补气装置呈间歇工作状态,并只能使部分超疏水表面气液界面恢复;当增加电压后,电解装置产气量增加,可以观察到更加明显的镜面现象,证明了超疏水电解补气装置的可行性。
空气/酒精单喷嘴燃气发生器试验研究
赵芳, 任泽斌, 李先锋, 郭隆德, 陶瑜, 史煜, 罗智锋
2020, 34(1): 72-78. doi: 10.11729/syltlx20180186
摘要(352) HTML (191) PDF(7)
摘要:
针对引射系统的安全性、经济性及小型化要求,提出了一种基于航空发动机燃烧室结构的双油路燃气发生器方案,并设计、加工了单喷嘴试验件,进行了多工况下的热试车。试验结果表明,燃气发生器设计方案可行,采用高能火花塞直接点火方式可实现燃气发生器可靠点火;燃气发生器点火迅速,主要工作参数基本满足设计指标;能在较宽的流量范围内稳定工作,余气系数下限达到3.9;燃气发生器燃烧效率较高,但随着余气系数的增加而明显降低。
流阻渐变型后缘抑制BWB发动机噪声衍射实验研究
李文建, 陈鹏, 王勇, 卢翔宇, 王俊伟, 赵鲲
2020, 34(1): 79-86. doi: 10.11729/syltlx20180175
摘要(203) HTML (98) PDF(4)
摘要:
在翼身融合体(BWB)飞机外形布局中,利用机体部件对发动机噪声源的遮挡作用可以降低发动机对地面的噪声影响。流阻渐变分布的吸声材料可以有效抑制由于声压突然变化而导致的粒子振动速度变大,根据此边缘效应抑制机理,提出了一种新型流阻渐变型后缘来进一步降低BWB发动机对地面的噪声影响。为此,在具有全消声环境的0.55 m×0.4 m声学引导风洞中,利用"NACA0012翼型+旁侧圆柱"的简化模型类比翼身融合体飞机机体与背部发动机之间的外形布局,分别从经典声学和气动声学的角度探讨填充3种不同流阻率吸声材料的翼型后缘对旁侧噪声源衍射噪声的抑制效果,分析在不同来流风速下不同翼型后缘对另一侧声场噪声的不同影响。研究结果表明:旁侧噪声源在有翼型遮挡的情况下,噪声的声压级明显降低,最多能降低约5 dB;而将标准后缘分别更换为3种不同流阻渐变型后缘后,在不同程度上额外抑制了噪声组成中的衍射噪声,从而进一步降低了噪声;且降噪效果与流阻率正相关,其中流阻率最大的吸声材料降噪效果最好,能进一步降低噪声声压级约3 dB;可推测吸声材料流阻率在0~∞的范围中,降噪效果随流阻率r增加呈先增强后减弱的现象。
测量技术
基于双目立体视觉的直升机旋翼桨叶位移变形测量方法
左承林, 马军, 岳廷瑞, 宋晋, 王勋年
2020, 34(1): 87-95. doi: 10.11729/syltlx20190071
摘要(230) HTML (106) PDF(29)
摘要:
为实现直升机旋翼桨叶位移变形的非接触测量,提出了基于双目立体视觉的三维测量方法。采用编码标记方式,在旋翼桨叶表面粘贴具有唯一编码信息的标记点,以高频激光器提供纳秒级瞬态照明,同步触发高速CCD相机采集桨叶瞬态图像,基于双目立体视觉原理计算标记点的三维坐标,进而计算得到旋翼桨叶的位移变形参数。试验结果表明:该测量方法的测量精度小于0.1 mm,测量准度小于0.3 mm,可满足直升机旋翼桨叶位移变形的高精度测量需求。
实验设备与方法
ANSYS在压电天平设计中的应用
赵荣娟, 黄军, 刘施然, 吕治国, 李国志
2020, 34(1): 96-102. doi: 10.11729/syltlx20190005
摘要(183) HTML (115) PDF(18)
摘要:
利用ANSYS力电耦合的有限元分析方法,对一台三分量压电天平的性能进行评估。主要进行了静力、模态和瞬态响应特性分析,静力分析的目的是获得天平输出与施加载荷之间的关系,评估压电天平各分量的主灵敏度系数和分量间干扰灵敏度系数;模态分析的主要目的是获得压电天平的各阶振动频率和振型,用于评估天平的频率响应特性;瞬态响应特性分析主要用于评估天平在瞬态载荷下的响应特性,评估加速度计惯性补偿的有效性。ANSYS分析结果表明:压电天平的各分量主灵敏度较高,具有较好的分量间抗干扰能力,设计的天平频响较高,加速度计实现了对天平输出信号中惯性振动信号的补偿,能够满足激波风洞测力试验的需求。天平校准和风洞试验结果表明:天平的实际性能与有限元评估结果一致。
基于环状超声速气流引射作用的靶式气流磨研究
张兆, 林俊, 陶洋, 郭秋亭, 左金, 路波
2020, 34(1): 103-108. doi: 10.11729/syltlx20180200
摘要(170) HTML (109) PDF(7)
摘要:
气流磨作为生产超精细粉末的设备在工业界得到了广泛应用。通过数值模拟和试验验证,提出了一种超声速靶式气流磨。该气流磨采用环状超声速气流引射颗粒流,使其达到超声速状态并获得极大动能,以颗粒束形式维持于气流中心,准确碰撞靶头,实现超声速粉碎。对颗粒速度和运动轨迹的两相流数值模拟结果表明:在总压1.5 MPa、马赫数3.0的超声速气流引射作用下,粒径为25~1 μm的颗粒可加速至440~530 m/s,并精准地碰撞靶头。在此基础上,设计制造了超声速靶式气流磨并进行了铁粉粉碎试验和靶头侵蚀试验,结果表明:颗粒具有极大的碰撞能量,且与靶头发生了聚焦式碰撞。

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《实验流体力学》编辑部

2021年8月13日