一种超声速翼对超声速气体分离器流场的影响

气流的高速旋转是超声速气体分离器实现气液分离的关键。设计了一种梯形弯扭结构超声速翼,并对超声速翼前后速度、温度、压力变化进行了数值模拟。结果表明：气流经过超声速翼后高速旋转,最大切向速度可达227 m/s,最低温度为206 K,并且翼后无强激波产生,可以实现良好的气液分离。     

平面静压气浮轴承超音速流场的研究

为了全面快速进行平面气浮轴承超音速流场的计算分析,对原有的简化建模方法进行了改进和完善.建立了包括供气孔在内的完整轴承流道,依据壅塞状态时轴承质量流量不变的条件,推导出流道各部分气流速度、马赫数、雷诺数和压力分布的计算公式.计算结果表明,激波位置、马赫数、雷诺数和气膜内压力与供气压力、气膜间隙、供气孔径大小有关.通过与实际的测试结果相比可以发现,随着供气压力的增大,采用改进后的简化模型的方法得到的压力与实验测试结果基本一致,而且简化模型得到的最大恢复压力位置与实验结果也基本一致,可从本质上反映出流场内受力状态.但由于简化模型将进气孔处的激波假设为正激波,忽略了气体粘性,导致求解的压力最小值与实测值误差较大.     

自由射流试验中超声速进气道流场的数值研究

应用CFD方法,通过特征线法设计超声速喷管,在喷管出口形成超声速进气道高空飞行时的工作环境。分析不同马赫数下喷管出口马赫数分布情况,发现出口核心区存在于距离喷管出口壁面垂直方向3倍边界层位移厚度的位置。简要分析了二元超声速喷管出口马赫数分布情况。将自由射流模型模拟结果与模拟飞行模型模拟结果进行比较。进气道进口斜激波分布基本一致,分布合理,与理论吻合较好,喷管的射流满足高空模拟试验要求。     

凹腔长深比对超声速燃烧室内振荡现象的影响

为研究不同长深比的凹腔对超声速燃烧室内的流动状况及自激振荡现象的影响,采用数值模拟方法改变凹腔长深比由2至6研究入口来流马赫数为1.58的超声速燃烧室内的压力振荡现象,计算捕捉到了超声速燃烧室中的压力脉动和凹腔剪切层拟序结构的演化过程以及振荡频率和声压级的变化.研究发现:凹腔内剪切层状态决定凹腔前后缘激波的强弱;随着长深比增加,振荡增强、声压级变大,而振荡频率整体向低频转变;长深比不同时振荡主频也在变化.剪切层波动与声波传播相互耦合是导致自激振荡现象的主要原因.     

马赫角与马赫数关系的简洁推导

根据物理学的理论，建立了超声速小扰传播的波动方程中与相互作用力相对应的项，采用频谱分析法得到了速度势的付里叶变换式，由此证明了超声速物体产生的马赫波的马赫角与马赫数所满足的关系式，并可得到与实验相符合的激波特性。     

激波驱动颗粒群加速效果优化的实验研究

为了通过波后气流的加速来实现颗粒群加速效果的优化,该研究基于现有的水平激波管装置,设计加工了分别针对亚声速、跨声速和超声速波后气流的三种不同类型加速喷嘴。使用高速摄影仪对固体颗粒群的运动图像进行捕捉,通过沿激波管轴向动态压力测量确定激波速度和激波马赫数Ma。结果表明:其他条件都相同时,颗粒粒径越小,颗粒群运动的尾迹现象越不明显,颗粒群的加速效果越好;对于不同类型的喷嘴结构,其他条件都相同时,应该根据波后气流的马赫数合理的选取喷嘴来进行加速,从而优化颗粒群的加速效果。     

受限空间内超声速混合层生长特性

为获得受限空间内激波作用下的超声速混合层生长规律,以支板喷射超燃冲压发动机典型流道为研究对象,开展了2.3Ma氢气射流与2.0Ma空气来流所形成的超声速混合层的生长特性研究.基于OpenFOAM计算平台,采用大涡模拟方法,数值研究了超声速混合层的流场结构和特征,流场结构和组分分布与实验结果吻合较好.通过超声速混合层组分浓度、厚度、可压缩效应及总压损失的分析,获得了超声速混合层的生长特性.研究结果表明:受限空间内超声速混合层的生长过程具有4个典型阶段,支板末端的膨胀波/激波结构会显著减低对流马赫数,从而降低混合层的可压缩性,促进混合层的生长;激波与混合层的相互作用能够增强局部湍流强度,获得涡量增益,加快混合层的生长速率,促进混合效率,但同时会引起较大的总压损失,降低发动机性能.发动机设计时要综合考虑波系结构与混合层相互作用带来的混合增强和总压损失,实现性能优化.     

旋流器后置型超音速分离管流场分析

结合气体动力学和流体热力学原理,设计了一种旋流后置型超音速分离管.针对新结构建立了三维数值计算模型,并结合可实现k-ε湍流模型对超音速分离管内部流场进行模拟,得出了管内轴心上的压力、温度、马赫数及湍动能的分布,同时对不同截面上径向的压力、温度、马赫数及旋流加速度进行了分析.结果表明:当压损比为47.5%时,分离管内Laval渐扩段(距离分离管入口98 mm处)出现明显的激波现象,获得最大马赫数1.736,此时膨胀得到的最低温度为190.52 K,可为超音速分离管提供足够的凝结动力;旋流发生器后面可获得较大的旋流加速度,产生较强的分离效果.     

干粉粒径对灭火器超声速气固两相流影响的数值模拟

使用流体仿真软件FLUENT中的SST k-ω湍流模型与离散相模型对超声速喷管内外不同粒径气固两相流进行数值模拟,以研究干粉粒径对干粉灭火器灭火效能的影响。结果表明:随着干粉粒径的增大,马赫数等值线沿喷管轴线向下游推移,激波位置随之向下游变化,射流激波强度随颗粒粒径的增大而增大;1μm粒径气固两相流颗粒的随流性较强,颗粒速度受气相射流激波结构影响显著,在出口边界处颗粒分布较为分散;10、30、50μm粒径气固两相流颗粒速度分布不再受气相射流激波结构的影响,出口边界处颗粒分布集中性较高;在灭火火源目标的最佳距离处,10μm粒径气固两相流的颗粒喷射速度最大,使用10μm粒径干粉颗粒能够取得较好的灭火效果。该研究结果可为干粉灭火器颗粒粒径的选择提供参考。     

超声速气固两相流在不同压强比下的数值模拟研究

使用FLUENT中的DPM(离散相)模型对不同压强比下的气固两相流在超声速喷管中的流动、分布等情况进行了数值模拟研究.结果显示:两相流在喷管壁上的压力分布波动较大;在较小压强比条件下,固体颗粒的速度分布较均匀;当压强比增加时,固体颗粒的速度分布在径向上呈中间高,边界低的曲线状;大的压强比能获得较高的颗粒速度和激波强度.