圆柱尾迹中气体射流平均浓度分布的实验研究

本文发展了一种新的等温热线浓度测量技术，详细测量了圆柱尾迹中ＣＯ２气体射流的浓度分布，研究了空气来流速度、圆柱直径、射流初始速度、喷孔直径、喷孔间距等参数对射流浓度分布的影响；通过对大量实验数据的统计分析，拟合出了圆柱尾迹中气体射流浓度沿轴向和径向分布的经验关系式。     

燃烧室壁面形状对撞壁射流气体混合过程的影响

本文研究了燃烧室壁面形状对撞壁射流气体沿壁发展过程的影响，实验发现：射流气体撞壁后主要沿壁面发展；近壁区域会形成浓混合气层，并且混合很慢，本文提出了两种方法，１）在壁面设置矩形凹槽，并且利用环境的气流运动加快射流气体的混合。２）在壁面上设置条形障碍物，使射流气体脱离壁面形成空间流动，另外，本文也模拟了ＯＳＫＡ－Ｄ燃烧系统中燃油撞壁后的发展过程。     

多股射流瓦斯燃烧器湍流扩散火焰尺度的实验研究

用火焰图像分析方法,对一种多股射流燃烧器燃烧富含氢气的瓦斯产生的湍流扩散火焰的尺度进行了实验研究,研究了燃烧器结构参数和操作参数对火焰长度和长宽比等尺度特性的影响规律。结果表明,火焰长度随燃烧器喷孔总面积的增大和燃气流量的增大而增大,随助燃空气过剩系数的增大而减小;火焰长度和长宽比随上层喷孔位置角的增大而减小。同时发现,瓦斯中氢气含量对火焰尺度影响较大,随着氢气含量增大,火焰长度和长宽比都明显减小。     

湍流射流火焰抬举高度的实验研究

湍流射流燃烧作为工业燃烧室中普遍存在的燃烧方式,研究湍流射流火焰不仅能促进实际燃烧室的设计改造,更能增强对湍流燃烧理论的理解。在轴对称伴流射流燃烧器实验平台上,研究了湍流自由射流火焰抬举高度随射流速度的变化及氮气稀释和伴流速度对火焰抬举高度的影响。实验结果表明湍流自由射流燃烧火焰抬举高度随射流速度呈线性增长;随氮气稀释摩尔分数的增加其抬举高度的线性斜率增大,射流火焰吹出喷嘴的雷诺数降低,火焰更易发生抬举;同时,氮气稀释摩尔分数的增加也导致射流火焰发生吹熄时雷诺数减小,射流火焰在射流速度完全进入湍流之前发生吹熄;伴流速度小于0.3 m/s时对火焰抬举高度的影响不大,当伴流速度大于0.3 m/s时抬举高度随伴流速度的增加呈线性增长,当射流速度大于20 m/s时,伴流速度的影响降低;对比伴流与稀释对抬举高度的影响可知射流速度大于30 m/s时对伴流的敏感性大于稀释,而在射流速度小于30 m/s时对稀释更敏感。     

湍流射流点火对天然气发动机燃烧特性影响的试验研究

湍流射流点火（Turbulent Jet Ignition,TJI）是一种有效的燃烧增强技术,可提供更高的点火能量,使发动机稳定着火,且可以提高燃烧压力和燃烧速率,缩短燃烧持续期,是实现发动机稀薄燃烧的有效手段。基于一台带有预燃室的点燃式单缸试验机,开展了TJI模式下天然气发动机性能的试验研究。首先,研究了不同过量空气系数下TJI对天然气发动机动力性能、排放性能及燃烧特性的影响,并与火花塞点火（Spark Ignition,SI）模式进行对比;其次,在稀燃条件下分别探究了进气增压和预燃室喷氢对天然气发动机动力性、经济性及燃烧过程的优化作用。结果表明：TJI的使用可有效拓展天然气发动机的稀燃极限,且燃烧滞燃期和燃烧持续期均更短,放热率更高;过量空气系数1.5为甲烷TJI最佳稀燃工况,此时燃油消耗率最低,且可实现氮氧化物近零排放;此外,采用进气增压的方式可以提高TJI发动机在高负荷下的经济性;TJI模式下,相较于预燃室喷甲烷,预燃室喷氢气可进一步缩短滞燃期和燃烧持续期,提高放热率,达到提升TJI性能的效果。     

重力对水平两相湍射流中颗粒行为的影响

研究了重力对空间发展的水平两相平面湍射流中颗粒运动的影响。气相场用 Euler方法求解 ,通过大涡模拟直接求解大尺度涡运动的 Navier- Stokes方程 ,小尺度涡采用 Smagorinsky亚格子模式模拟。颗粒相的运动采用L agrangian方法直接求解。射流 Re数为 1130 0。模拟发现 ,对于 St 1及 St～ 0 (1)的颗粒 ,其在平面射流下游的瞬时分布对重力的影响不敏感。随着颗粒 St数的增大 ,重力对平面射流场中颗粒行为的影响逐渐明显 ,但其作用效果还明显地与两相入射流滑移系数的大小有着直接联系。在小两相入流滑移系数情况下 ,对于 St～ 0 (10 )的颗粒 ,在重力作用下的沉降过程还受到了湍流拟序结构的作用 ,而重力作用导致的更大 St数颗粒的沉降 ,将引起固相粒子在射流下游的非对称分布 ,但它既不是均匀各向同性湍流中颗粒的梯度扩散结果 ,也未呈现出受到湍流拟序结构影响的特征     

不同预燃室结构对甲烷湍流射流点火燃烧的影响

基于光学定容燃烧弹试验平台,通过高速纹影摄像系统在相同甲烷燃料初始温度、压力及混合气浓度下,定量分析了不同结构预燃室湍流射流点火(turbulent jet ignition,TJI)的燃烧特性,包括火焰传播速度、火焰面积、火焰形态及燃烧压力等参数。研究结果表明,预燃室孔径越小,相同时间内火焰传播得越远,火焰传播速度和火焰面积增长速度越快,燃烧压力峰值越高。随着预燃室孔径减小,着火机理会由射流中带有火焰的火焰点火转变为火焰过孔时熄灭的喷射点火。喷射点火着火时刻延迟,初始火焰速度减慢,但燃烧压力峰值受影响不大。多级加速预燃室压力升高率与压力峰值与单孔预燃室相比变化不大。虽然火焰出口时速度较慢,但是火焰出口时刻提前且速度衰减较弱,因此多级加速预燃室火焰速度在短时间内超过单孔预燃室,并且压力和火焰面积也更早达到最大值。     

气固两相湍流射流的扩散PIV实验研究

本文利用粒子成像测速(PIV)实验技术,针对流动雷诺数Re=6230的气固两相湍流射流在水平圆管喷口附近的流场进行了实验研究。借助PIV,获取喷口顺流截面上速度分布与湍动能分布数据,分析比较气相拟序结构对于不同Stokes数的粒子扩散影响的差异,并指出影响湍流射流扩散机制的主要因素。     

二阶矩亚网格燃烧模型对射流火焰的大涡模拟

用二阶矩亚网格燃烧模型对美国Sandia国家实验室测量甲烷／空气射流火焰进行了大涡模拟(LES),与实验数据和用二阶矩输运方程湍流燃烧模型的雷诺平均(RANS)模拟结果进行了对比．LES得到时间平均的温度, 甲烷浓度以及温度脉动均方根值和实验值符合很好．LES时均值和RANS模拟结果接近,LES脉动均方根值优于 RANS模拟结果．LES瞬态结果显示了有燃烧时的拟序结构比无燃烧时的强,同时拟序结构强化了燃烧,湍流射流火焰呈皱折火焰面的状态．     

多孔介质对冷热流体横向射流混合过程热波动的影响

运用流固耦合方法建模,应用FLUENT计算软件平台对填充有多孔介质的T型连接方形管道内冷热流体横向射流混合过程的流动和热传递进行大涡模拟,采用了Smagorinsky-Lilly亚格子模型,获得了瞬时速度和温度分布.结果表明,填充多孔介质能够有效减少T型连接管道中冷热流体横向射流混合的温度和速度波动.固体骨架的导热率较...     

边界层吸气对圆柱绕流尾涡脱落结构及圆柱受力的影响

为抑制圆柱绕流时受到的涡激力、保护圆柱结构安全,通过施加边界层吸气控制圆柱在涡激效应下受到的周期力.采用数值模拟方法分析Re =200时吸气口位置和吸气强度对圆柱受力情况及尾涡脱落结构的影响.结果 表明:当吸气口布置在60°、90°和120°位置时,添加吸气条件会显著减小圆柱受到的涡激力;吸气条件的引入对圆柱尾涡的脱落...     

圆湍射流控制的实验研究

本文以圆湍射流为对象,研究了初始扰动参数的改变对湍流拟序结构发展的影响。当雷诺数Ｒｅ＝２９３８,５６４０,１１７５０,以及扰动Ｓｔｒｏｕｈａｌ（Ｓｒ）数在０～０．９范围变化时,通过流场显示,对射流喷口附近过渡区的拟序结构演变过程进行了观测。实验发现,在Ｓｔｒｏｕｈａｌ数为０．５左右时,射流核心区长度最短,拟序结构的发展最显著,且对Ｒｅ数不敏感;拟序结构随初始扰动振幅的增大而增长,但扰动幅值增大到一定程度后,涡的增长趋于不明显。本研究为通过控制湍流拟序结构进而控制湍流提供了初步依据。     

二维流化床内射流深度的试验研究

研究二维流化床内的水平射流和垂直向上射流。利用图象处理技术得到了水平射流的水平深度和垂直向上深度以及垂直向上射流的射流深度。通过多元线性最小二乘回归,得到了射流深度的关联式。研究了流化数、射流速度、颗粒平均粒径和静态床层高度对射流深度的影响。试验结果表明,流化数和射流速度的增加,射流深度将增加;颗粒粒径增加,射流深度将减小;静态床层高度变化时,射流深度基本不变。发现射流深度决定于射流与乳化相气体和颗粒的动量交换。对水平射流的垂直向上深度和垂直向上射流的射流深度进行了比较。     

复合射流激励器射流孔径与孔口距壁面距离对涡环力的影响

设计了基于智能芯片控制的电磁驱动模式的复合射流激励器,采用高速摄像技术和可视化方法研究了复合射流激励器不同射流孔径及不同孔口距壁面距离对复合射流涡环撞击壁面时产生涡环力的影响,分析了涡环撞击壁面的演化规律,给出了不同实验条件下涡环力的变化规律。研究表明:涡环与固体壁面的碰撞过程分为靠近、减速、碰撞和破裂4个阶段;复合射流激励器出口孔径为10、15和20 mm时产生的涡环对外全部表现为推力,并且作用力随壁面距孔口距离的增大而增大;出口孔径为25和30 mm时,随着壁面距孔口距离的增大涡环力由吸力向推力转变,在中间某一测量位置同时具有推力和吸力。涡环力随着射流孔径的增大而减小,在孔径为10和15 mm时,开始阶段略有增加,随着孔径的继续增加,涡环力也开始随着孔径的增大而减小。     

振荡射流控制方柱绕流的实验研究

为研究振荡射流对方柱绕流的流动控制效果,利用粒子图像测速技术(Particle Image Velocimetry, PIV)分别测量了不同动量系数下布置于前驻点和后驻点的振荡射流控制的方柱绕流流场,并对测得的流场进行本征正交分解(Proper Orthogonal Decomposition, POD)。研究表明：两种布置方式下振荡射流与流场的作用方式不同,均可有效控制方柱绕流流场,且存在着使控制效果达到最佳的动量系数。当位于前驻点的振荡射流动量系数为0.309时,方柱下游流场形态明显改变,尾涡长度减小约50%,湍动能和雷诺剪切应力分别减小约71%和62%,POD模态表明尾涡呈反对称脱落模式;当位于后驻点的振荡射流动量系数为0.174时,尾涡基本消失,此时尾流场湍动能和雷诺剪切应力分别减小32%和67%,POD模态表明尾涡改变为对称脱落模式。     

汽油机缸内紊流运动控制因素的研究

利用热线风速法,研究了汽油机缸内紊流运动的部分控制因素,分析了转速、压缩比、挤气间隙、节气门开度等对缸内紊流运动的影响规律。研究结果表明,在压缩上止点附近,缸内紊流运动随转速的升高、挤气间隙的减小以及节气门开度的增大而加强,但随压缩比的升高而减弱;紊流时间尺度随转速的升高而减小,但基本不随其它参数变化;紊流空间尺度随转速的升高、挤气间隙的减小以及节气门开度的增大而增大,但随压缩比的增大而减小;转速升高时,紊流高频能量成份所占比例增大,但其它参数对紊流能量的频率分布状态影响不大。     

垂直向上气液两相流中T形柱体两相斯托拉赫数的研究

试验研究了两种规格的Ｔ形柱体在垂直上升气液两相流中发生气液两相涡街时,气液两相斯托拉赫数的变化规律。在测得大量数据的基础上,得出了此时气液两相斯托拉赫数的通用关系式。研究表明,气液两相斯托拉赫数在两相工况下为一变数,与来流截面含气率、涡街发生体形状和特征尺寸、来流方向等因素有关。根据测得的两相涡街频率应用此关系式,可将涡街发生体作为测量两相流流量与组合的测量元件。