温度边界条件对微喷管性能的影响

采用滑移边界条件的连续介质模型对喷管的二维流场进行数值模拟,分析了不同进口温度及壁面换热条件对喷管性能的影响.研究结果表明随着进口温度的增加,推力、推力效率以及比冲效率减小,而比冲不断增大,喷管的最优扩张角也随进口温度升高稍微增大;在给定进口压力和温度下,绝热壁面的推力效率最小,壁面温度越低,推力效率越大.

高超声速钝头体变熵流表面热流计算

采用动量厚度来修正变熵效应的工程算法,并以15°钝锥为例,对其表面热流进行了计算,将计算结果与试验值进行了对比,结果吻合良好,表明该工程算法,方便简捷,计算量小,且有足够精度,可为高超声速飞行器初步设计热环境计算和防热材料的合理选择提供可靠的参考数据.

可压缩自由剪切层纹影试验研究

利用纹影成像技术,在新近研制的超声速剪切风洞中测出了可压缩剪切层的厚度增长率曲线,并捕获了其中的瞬时涡结构。实验对流马赫数分别为0.26,0.43,0.50,0.66,纹影光源曝光时间为200μs和10ns。纹影照片显示,随着对流马赫数增加,可压缩剪切层正则化厚度增长率显著降低,当Mc>0.66时,趋近于0.2。Mc=0.26和0 43时,可压缩剪切层中大尺度结构是二维展向涡,Mc=0.5和0.66时,大尺度结构呈现三维性而且不规则。

关于“跨音速流的边界积分法”一文的某些问题

最近杨岞生教授和J.C.Wu教授提出了一种跨音速流的边界积分法。该方法以脉冲压强为基础建立非线性可压缩位流的边界积分表示式,利用边界元法给出了二维、三维机翼跨音速位流的计算方法。我们认为文献[1]在推导该方法的基本方程(即主管脉冲压强的方程)和求此方程的基本解这两个方面存在一些问题。现分述如下:

超声速气体平板绕流的直接数值模拟

为了模拟超声速气体平板绕流真实状态.采用直接数值模拟方法,计算连续方程、含有黏度项的纳维-斯托克斯方程和能量方程,联立完全气体状态等其他基本方程,运用二阶精度的差分格式进行离散,得到了不同马赫数时气体的速度、压力、密度和温度的分布状态.结果表明:由于气体黏度的存在,气流以超声速流过平板时,靠近平板位置的速度小于流入平板的速度,压力整体大于远离平板位置的压力;且在平板上产生激波,随着马赫数的增大,产生激波的范围越来越小.直接数值模拟所求模型的精度优于其他方法.

空间CO_2羽流压力场的数值计算和实验研究

要解决空间羽流污染问题,首先必须精确掌握羽流场的特征。为此,在真空深冷背景环境下进行了CO2气体模拟发动机羽流压力场的数值计算和实验研究。采用经典的计算流体动力学(CFD)和直接模拟MonteCarlo(DSMC)相结合的方法进行羽流场的数值模拟。试验模拟空间高度在100公里以上,在整个测试过程真空舱内压力维持在10-3Pa量级,冷阱温度为93±5K。计算结果与测试数据吻合较好,表明文中计算方法和物理模型可以准确描述真空深冷空间环境下的羽流场特征。

飞船高超声速粘性绕流的数值模拟

本文采用隐式ＮＮＤ格式，通过求解三维薄层近似Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程，数值模拟了飞船高超声速粘性流场。在计算中充分考虑了网格雷诺数和网格分布对计算结果的影响，不但得到了满意的表面压力、热流分布和流场的物理量分布，而且得到与实验观察一致的表面油流图像和分离结构。

可压缩修正的k-ε模型数值模拟喉道变形的推力矢量喷管

提出利用智能可变形材料,通过喷管喉道变形,实现喷管的推力矢量控制。将标准的k-ε双方程湍流模型进行可压缩性修正,对喉道二次流矢量喷管进行了数值模拟,并与实验结果进行比较,发现可压缩修正的k-ε双方程模型较标准k-ε模型、单方程模型具有更好的计算结果;同时,利用修正的湍流模型对基于喉道智能变形的推力矢量喷管进行数值模拟,结果表明该推力矢量控制方法较喉道二次流推力矢量喷管具有更好推进效率,但推力矢量角度控制范围降低。

跨音速粘流的计算

概述了一种采用粘流/无粘流相互作用原理计算跨音速粘流的方法。采用熵修正激波算子计及跨越激波时的熵增,形成的非等熵位势方法可比传统的位势方法更准确地计算无粘流动。提出了一种流向速度型,结合其它辅助关系式导出了三维湍流边界层积分方程反方法。用此方法可求得粘流解。利用半反耦合方式耦合了无粘流和粘流解。数值算例表明,计算结果与实验结果吻合;且对计算机的要求较低。

改进跨音速位势方法的讨论

简要地回顾并讨论了传统位势方法之不足。对改进传统位势方法的两种必要的修正(熵修正和涡修正)的量级在小扰动条件下作了分析和估值。结果表明涡修正是更高阶小量,因而作为第一步修正可采用非等熵位势流来近似。采用熵修正激波算子来计及非等熵的激波突跃条件,并考虑了由熵修正带来的尾迹条件的变化。算例表明非等熵位势方法能得到预期的改进位势方法的效果。

跨音速湍流边界层测量

热线探头在中国空气动力研究与发展中心(CARDC)FL-23跨超音速风洞中进行了校准。结果表明;热线过热比a_ω≥0.6时,密度灵敏度系数S_ρ基本不随a_ω变化;当a_ω=0.8时,在Ma=0.6～1.16范围内S_ρ基本不随Mach数变化。用校准后的热线探头测量了FL-23风洞试验段侧壁边界层的平均气流和脉动气流特性。平均气流特性与皮托管测得的结果一致性很好;速度脉动u′/和密度脉动p′/随距洞壁距离y的增加不单调减小。

细长锥体有攻角绕流的非对称分岔及其涡结构的数值模拟

本文用ＮＮＤ格式计算了具有复杂涡结构的细长锥体有攻角绕流问题，着重研究了非对称分离的分岔现象以及分岔前后涡结构的演变，数值计算结果表明，大约在ａ／（２β）≈１．０时，Ｎ－Ｓ方程出现分岔解，同时还给出了分岔前后涡结构及物理量分布的特征。

关于“跨音速流的边界积分法”一文的商榷

近年来,杨岞生、吴镇远提出了一种新的解决非线性可压缩流的边界元法,他们在引进压力冲量之后将一个非线性问题转变为线性问题,然后利用边界积分表示式给出了二维、三维机翼跨音速绕流的计算方法。若干数值算例说明该方法的结果与其它数值方法和实验结果相比符合得较好。由于该方法能够将一个非线性可压缩位势流转换为对压力冲量的线性方程,因此理所当然地引起了国内外学者的关注。最近孙茂。

在激波边界层干扰中后掠柱形区的独立性原理研究(英文)

在后掠压缩角引起的三维激波边界层干扰中,柱形的上游影响区表现出准二维的流动特性。实验结果表明,在柱形区中通常的边界层独立性原理不再适用。但是,如果考虑由后掠引起的横流效应修正,柱形区中的上游影响距离的尺度和相应的二维干扰上游影响区尺度之间可以得到很好的相关关系。

绕凸台的高超声速分离流动研究

本文研究高超声速流动绕三维低凸台的流动特性。凸台高度与边界层厚度之比介于0.5～0.8,凸台周边倾角介于14°～45°。在高超声速风洞中,来流马赫数为5,单位雷诺数为2.6～6.0×10~7/米。实验过程中测量了模型中心线及特殊部位之表面压强分布,根据纹影记录及表面流动显示确定激波与边界层干扰流场特性及分离区的变化。发现分离区在中心线上距凸台最远,而在凸台肩部距周边沿法线方向最近,确定了中心线上最大压强比的位置。

旋成体超声速底压特性的并行数值研究

作用在超声速飞行器底部的压强对飞行器设计具有十分重要的意义，因为它可能提供飞行器总阻力的一半以上。目前，底压数据的来源主要还是依靠实验。而风洞实验时支杆的存在又增加了底阻估算的困难。本文用隐式有限体积法求解轴对称ＮＳ方程，在ＰＶＭ平台下数值模拟超声速底部流场，根据底压分布计算出了底压系数。分析了网格密度，支杆直径对底压系数的影响，网格足够密时，计算结果与实验吻合较好。

计算尖锥迎面干扰的一种新方法

本文从运动气流的二维激波动力学方程组出发,提出了一种计算平面运动激波和尖锥头激波迎面干扰问题的新方法。该方法可以计算穿透激波的强度和形状,马赫反射时三波点的轨迹,马赫杆的强度和几何形状,以及锥面峰值压力的大小。计算结果与数值模拟、其它计算方法以及实验数据进行了比较,结果表明本方法不仅精度较高,而且保持了简捷,省机时的优点。

二维非均匀射流遇障碍时波系的变化

本文研究了非均匀射流在二维管道内的钝头体绕流问题。所采用的Godunov格式适合于不规则区域上双曲守恒系统的流场计算,数值计算的结果给出该流场的主要特征和激波结构,对于认识这一物理现象和了解波的运动规律是有帮助的。

跨声速伽辽金有限元法所用上风技术的改进

伽辽金有限元法是解跨声速绕流的有效方法,对超临界流动,为了自动捕捉到激波,通常采用了上风技术,但导致了气流通过激波时质量守恒条件得不到满足。本文通过Bateman变分原理和加罚泛函找到了强制满足质量守恒约束条件的附加项,大大改善了用伽辽金有限元法解超临界绕流的计算结果。

关于跨声速流动的敏感性

本文从大量实验事实出发,分析了细长锥-柱体跨声速流场结构随来流马赫数M_∞的变化。指出这种结构外形圆柱段上的流动随来流M_∞数的变化呈现一种特殊的敏感特征,由此提出了跨声速上、下敏感马赫数的概念。研究表明,圆柱段上的流动并非在整个跨声速范围都十分敏感,其真正敏感区域是介于上、下两个敏感马赫数M_(us)、M_(ls)之间的区域。这一特征对跨声速流动中的若干结果有一定概括性。对跨声速领域理论分析、数值计算、开展实验及实际飞行均有一定指导和参考意义。