超声速进气道起动与不起动的流动特征结构的机理分析

基于Wagner等实验的超声速进气道模型,采用RANS-SST计算方法分析超声速进气道起动和不起动流场特性。通过拓宽计算域和采用来流边界层自由发展方法,准确预测了典型的进气道不起动过程中可能出现的周期性振荡流现象,包括进气道内部高压的产生和降低、下壁面大尺度分离泡的膨胀收缩和迁移,并伴随不起动激波的传播。进气道完全起动状态(末端活门挡板角度β=0°)时得到的波系结构、壁面压强和流向速度分布计算结果与实验测量值相吻合;不起动状态(β=28°)时流场的振荡周期和振幅与实验结果一致。对进气道不起动的非定常流场进行动态模态分解,发现了3个特征频率:主频f 1=69.8 Hz的流场模态揭示了进气道出口的压强振荡最强,而入口及上壁面的速度振荡最强;二倍频f 2=139.7 Hz和三倍频f 3=209.5 Hz捕捉到的流场模态主要是离散的小尺度高能结构。在不起动状态的振荡过程中,进气道入口外部流场产生了较大的速度和压力脉动,所以对进气道内外流场相互作用的准确描述是预测不起动状态振荡流动的重要因素。

环形燃烧室周向点火机理基础研究进展

先进航空发动机普遍采用环形燃烧室结构,其周向点火联焰机理对发动机点火可靠性具有重要研究价值。由于实验室尺度模型实验成本低、测量精度高,已经逐渐成为实验研究环形燃烧室点火机理的重要途径。本文介绍了国内外几种典型的实验室尺度环形燃烧室模型及其相关研究,包括法国巴黎中央理工大学EM2C实验室的MICCA燃烧室模型;剑桥大学的预混/非预混环形燃烧室模型;慕尼黑工业大学的缩比燃气轮机环形燃烧室模型;浙江大学的环形燃烧室和涡轮耦合的TurboCombo模型。环形燃烧室周向点火过程一般分为3个阶段:(1)初始火核的形成;(2)火核扩张发展,在点火针附近喷嘴处形成单个稳定的旋流火焰;(3)火焰沿周向传播,依次点燃全部喷嘴后稳定燃烧。影响周向点火联焰过程的因素众多,机理复杂,已有的实验和数值计算对当量比、点火模式、热功率、流速、喷嘴间距等因素影响下的点火、熄火、火焰传播模式、周向点火时间等特征规律进行了丰富的研究。近年来,在环形燃烧室模型上也逐渐开展了气液两相喷雾燃烧的相关研究。同时,高时空分辨率的先进激光诊断方法的引入也将进一步推动点火机理的更深入研究。

锥形预混火焰羽流脱落过程的实验诊断

为了研究锥形预混火焰的羽流脱落特性,以丙烷-空气预混火焰为实验对象,通过粒子图像测速技术对锥形预混火焰的羽流速度场进行了实验研究,以动态模态分解法对得到的速度场进行了模态分解和主要特征重构还原。同时采用光电倍增器对火焰热释放强度信号进行实时采集,采用双热电偶法对燃后热气体的温度进行了重建。结果表明在浮力诱导下燃尽气体与周围环境空气相互剪切形成剪切层(BSL),BSL的Kelvin-Helmholtz不稳定性诱导产生了涡,涡作用于燃尽区附近的流场,扰动传至火焰面附近区域,与火焰剪切层的Darrie-Landu不稳定性耦合,表现为火焰面的脉动和火焰热释放率的脉动。通过近红外自发光成像得到的热气体自发光强度与温度信号有较强的相关性,热气体呈现出与速度场相似的周期性传播模式,为研究预混火焰的羽流脱落特性提供了新的思路。

惯性式激振器研制及在模态测试中的应用

以桥梁模态测试研究为工程背景,为解决桥梁模型模态测试中常规激振装置存在的不足,研制了一种小型惯性式激振器。该激振装置主要由步进电机、驱动器、控制器、齿轮传动部件、一对偏心质量块及底座组成。对某大跨度悬索桥模型进行激振,通过动力放大系数峰值处激振频率确定共振时模态频率,并与ANSYS有限元模型计算、锤击自由振动实验结果对比,证明了该激振器在桥梁模型模态测试中的适用性。该激振器具有质量轻、体积小、激振频率精准可控的特点,除在模型模态测试中的应用,还为实验教学及实际桥梁的激振提供了新的思路和方法。

预混旋流火焰热声不稳定性的成像诊断研究

以丙烷-空气旋流预混火焰为实验对象,针对几种特定工况,通过可见光、近红外光、OH基化学自发光三种波段分别研究了自激振荡与外激振荡下的火焰特征,通过动态模态分解法(DMD)对火焰与热气体的动力学特性进行了分析;结果发现不稳定燃烧时旋流火焰与热气体的发光强度峰值存在一个时间延迟,DMD得到的火焰不稳定频率与热气体不稳定频率接近,并与麦克风采集到的声学脉动频率吻合,燃烧不稳定处于纵向模态,外激振荡与自激震荡下的火焰与热气体有着相似的动力学行为。本文采取的可见光和近红外自发光成像观测方法为研究热声不稳定提供了一种新的成像方法,对以后研究燃气透平进口热斑迁移机理提供了一种新的思路.