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。

在学科发展过程中培养高层次人才

在学科发展过程中培养高层次人才韩肇元尹协振中国科学技术大学力学和机械工程系激波研究实验室在党的改革开放政策指导下，经过十余年来不断摸索，不懈努力，在培养跨世纪、高层次人才的同时，学科本身也得到发展。在学科发展中，我们坚持创新、坚持积极参与国际交流、坚...

FAE爆炸抛撒后云雾液滴尺寸的测量

利用Dobbins激光散射的方法建立了一套测量FAE爆炸抛撒后远场云雾液滴尺寸的测量系统,研究了FAE爆炸抛撒后液滴Sauter平均直径在不同空间位置随时间的变化过程。得出的散射光强以及Sauter平均直径随时间的变化表明,云雾区的液滴Sauter平均直径在固定点随时间的增加呈减小的趋势,而云雾区的宽度和云雾区液滴的Sauter平均直径则随距爆心距离的增加而增加。

管道内运动火焰生成压力波及其特性的研究

从一维非定常守恒方程出发 ,本文用Richtmyer Lax Wendroff格式研究了压缩波、稀疏波、燃烧速率、火焰熄灭和管道长度对管内运动火焰生成压力波的影响 .结果表明 :相对于火焰面 ,同向压力波和异向稀疏波会加速火焰传播 ;异向压力波和同向稀疏波使火焰传播减速 ;增大燃烧速率使得和火焰面两侧的压力、温度增大 ;火焰熄灭时 ,火焰面变为接触间断面 ,同时产生稀疏波向火焰面两侧传播 .此后 ,接触间断面几乎处于滞止状态 ;增加管子长度会促使燃烧向爆轰转变 .

环形激波绕射、反射和聚焦的数值模拟研究

应用频散可控耗散格式对环形激波在圆柱形激波管内绕射、反射和聚焦的问题进行了数值模拟研究.研究结果表明环形激波形成强烈聚焦的关键因素是环形激波在圆柱形管道中向对称轴运动时,绕射激波就不断加速而不作通常情况下的衰减;不同马赫数的环形激波绕射也产生不同马赫数及形状的准柱形激波,导致聚焦效果和位置的差异;另外,环形激波聚焦于一个点而圆柱形激波聚焦于一条线,两者有本质不同.

高温富油燃气作引导火焰的煤油超燃研究

对采用高温富油燃气作引导火焰的煤油超声速燃烧进行了研究。根据试验测得的壁面静压分布 ,采用一维简化模型处理与分析数据 ,得出了不同试验条件下的燃烧效率与总压恢复系数 ;对超声速燃烧室内的静压分布特点作出了分析 ;对超声速燃烧室入口处的气流总温 ,燃料喷射位置 ,以及燃料总体当量比对燃烧室内静压分布、燃烧效率与总压恢复系数的影响进行了讨论。

碳氢燃料超声速燃烧研究的新方法

提出了一种采用激波风洞、激波管组合设备开展碳氢燃料超声速燃烧研究的实验方法。初步实验结果证实该方法切实可行。利用激波预热燃料并采用高温燃气流作为引导火焰可以将碳氢燃料的点火延迟缩短 ,火焰传播速度加快 ,有效解决了碳氢燃料点火延迟过长的问题。

液体环二次破碎所形成云雾颗粒尺寸测量和测试系统的标定

介绍了激光散射法测量颗粒尺寸系统的工作原理和标定结果，并对液体环轴对称抛撒进行了光学测量。实验结果表明，液体环二次破碎产生云雾区的液滴Ｓａｕｔｅｒ平均直径在固定点随时间的增加呈减小的趋势，而云雾区的宽度和云雾区前缘的液滴颗粒的Ｓａｕｔｅｒ平均直径则随测量的距离增加均有所增加。

炸药爆炸变形和首次破碎的研究

利用纹影技术研究了炸药爆轰后驱动物质的变形过程。为了便于观察,待测物质选取为变形比较大的介质水。实验观察表明,在炸药爆轰作用下,筒状水的膨胀首先由雷管起爆端开始,形成了倾斜状、波浪形的界面。结果表明:阵面的波动破裂均从外界面开始,界面的不稳定性可能是导致其失稳并破碎的主要原因。实验还观察到炸药爆轰后不同延迟时间的物体从大块变成小块的发展过程。研究中克服了炸药爆轰产物发光对图像的影响,以及爆炸振动对光路的影响。研制了一种简易的触发探针,解决了外光源和炸药爆轰的同步问题。

用于爆震引燃的激波聚焦无反应流场数值模拟

通过对用于脉冲爆震引燃的内楔表面激波聚焦冷态流场的数值模拟,分析了不同角度内楔表面在激波聚焦时流场结构的不同特点。数值计算的结果表明:对于大内楔角的情况,激波进入内楔角之后产生规则反射,温度的大幅度升高发生在激波于内楔顶点反射之后;对于小内楔角的情况,激波进入内楔角之后产生马赫反射,温度的升高在入射激波到达内楔顶点之前就已经发生,而在入射激波于内楔顶点反射之后得到进一步的提升。同时,还对不同角度内楔的反射激波后气流温度进行了比较。

超声速预混可燃气流的点火与燃烧

在激波风洞一激波管组合设备上开展了碳氢燃料超声速预混可燃气流的点火与燃烧实验研究。实验结果表明:利用激波对燃料进行预热,并以高温燃气作为引导火焰,可以有效缩短汽油空气超声速可燃混气的点火延迟时间,使之缩短到 0.2 ms以下。利用纹影照片对超声速燃烧流场结构作出了分析;研究了超声速预混可燃气流的温度以及当量比对超声速燃烧流场结构、点火与火焰传播特性的影响。

轴对称液体环的形成、变形和破碎的研究

为了实现液体环的轴对称径向扩展运动，提出了一种新的实验方法及设备。这种新的实验设备是由垂直的无膜激波管和液体环发生器所组成，可以用来观察轴对称液体环的形成、变形和破碎过程。轴对称液体环抛撒过程的实验研究已在这种实验设备上完成，并得到了相应的一系列流场照片。对实验结果的分析表明，液体表面的不稳定性是造成液体环破碎的主要原因。

液体轴对称抛撒破碎和雾化的实验研究

对静止空气中液体轴对称抛撒的首次破碎及二次破碎进行了实验研究,通过纹影装置获得其首次破碎及二次破碎发展过程的纹影照片,通过激光散射粒子直径测量仪获得了二次破碎所形成雾化场的Sauter平均直径(SMD)随时间和空间的分布。实验结果表明,由于“Rayleigh-Taylor不稳定性”的发展,在液体抛撒所形成液核的前端发生了具有波浪形的首次破碎,首次破碎所形成球形液体颗粒的直径与发生首次破碎的液核前端的液体薄层厚度基本相当。由于不同直径液体雾滴的速度弛豫时间的差异,导致二次破碎后的雾化场具有大雾滴在前、小雾滴在后的特征。同时,由于实验液体具有高挥发性,导致与轴线的距离超出某一范围后,二次破碎所形成的雾化场又会出现雾滴的SMD随距离的增加而逐渐减小的趋势。

雾化燃料在超声速气流中横向喷射混合的数值模拟

本文用双流体模型对液态雾化燃料在直筒形燃烧室中横向喷射问题进行了数值研究 ,气相用二阶迎风TVD格式求解三维全Navier Stokes方程 ,液相用二阶预估、校正NND格式求解三维Euler方程。描述相间相互作用的常微分方程用预估、校正的二阶Runge Kutta法求解。分别考察了喷口处气相压力、相间速度滑移、液滴直径和燃烧室入口处预置的超声速流向涡对雾化燃料混合效果的影响。结果表明 :气相较液相的扩散效果好 ,小直径液滴的混合效果好 ,喷口处气相压力和超声速流向涡对增强液相混合的效果不明显 ,但会显著影响气相流场。

具有H_2引燃的CH_4、煤油超声速混合的三维数值研究

用双流体模型和分区算法 ,气相多组分N_S方程和液相Euler方程分别用迎风TVD格式和NND格式进行数值求解 ,相间相互作用项方程用二阶Runge_Kutta法求解· 并首次对H2 引燃的CH4 和煤油横向喷射、混合问题进行了数值研究· 结果表明 :与喷射加碘空气的PLIF结果相比 ,本文和实验结果符合得很好· 对直通道 ,后面喷嘴的穿透深度大 ,煤油较气态燃料的穿透深度大 ,但难以被卷吸到喷嘴前的回流区内 ,流场出现无煤油区· H2 和CH4 均可扩散到回流区内 ,CH4 和煤油引燃机理不同· 对后台阶直通道 ,存在两个回流区 ,H2 可扩散到这两个回流区 ,但CH4

炸药爆炸作用下液体破碎后颗粒尺寸分布的研究

对液体抛撒的液滴尺寸进行研究在军事和民用上是很重要的,国内刚开始使用激光散射仪开展此项研究工作。利用R.A.Dobbins等人的液体颗粒测量技术,研制了一套既简单又实用的测量液体抛撒过程中液滴尺寸的实验装置———激光散射仪。对于激光与液体微粒的相互作用,当微粒的反射与折射和吸收效应可被忽略时,可导出液体微粒对激光散射的光强公式。只要测量激光被微粒散射的光强,就可推算出微粒的Sauter平均直径。在使用激光散射仪测量液体抛撒液滴尺寸的实验中,用水代替爆炸抛撒液体,测量结果表明:液体抛撒二次破碎中,在固定位置测量到的云雾区液滴Sauter平均直径随测量时间的增加呈现出减小的趋势;而云雾区的宽度则随着与抛撒中心距离的增大而呈现出增加的趋势;云雾区前沿的液滴Sauter平均直径随着与抛撒中心距离的增加而呈现出先逐渐增大然后迅速减小的趋势。为便于比较,对燃料抛撒二次破碎进行了回收法测量和数值模拟计算,其测量与计算结果与用激光散射仪测量的结果有较好的一致性。

双燃烧室中煤油超燃试验研究

对双燃烧室中煤油超燃进行了试验研究。试验采用亚燃燃烧室产生的高温富油燃气在超燃燃烧室的超声速主气流中补燃的方案实现了煤油超燃过程 ,研究了在不同超声速主气流总温状态下高温富油燃气的当量比对超声速燃烧效率的影响 ;

激波聚焦引燃可燃混合气体的实验研究

在94mm×94mm方截面激波管上,入射激波马赫数为1 60～1 95内开展了汽油/空气可燃混合气体在激波聚焦方式下的点火实验。当汽油/空气混合比处于化学恰当比附近,激波马赫数为1 69～1 95的激波聚焦能够成功地引燃汽油/空气的可燃混合气体,而当入射激波马赫数低于1 69时,同样条件下的汽油/空气混合气体不能被点燃。流场的纹影照片显示,与未燃状态相比,汽油/空气可燃混合气体被引燃后的反射激波波面变宽。

激波在异种气体中传播及诱导的剪切混合研究

利用二阶迎风TVD格式求解多组分、层流全N_S方程· 针对直通道和突扩直通道 ,研究了马赫数为 2和 4的激波在H2 和空气界面上的传播及诱导的燃料剪切混合· 计算结果表明 :( 1)直通道中 ,剪切层中的激波阵面要发生畸变 ,存在对混合起主要作用的卷吸涡 ,激波马赫数不同 ,卷吸涡结构和横向混合的尺寸也不同· 激波马赫数低 ,剪切混合效果好· ( 2 )在突扩直通道中 ,马赫数为 2和 4的激波在H2 中产生不同强度激波 ,在剪切层中都能产生顺时针、尺度较大的卷吸涡 。

在轴向气流作用下液体轴对称抛撒的近场研究

在轴向气流作用下液体轴对称抛撒的研究,是以飞行物体在运动状态下向大气抛撒液体燃料所导致的破碎和雾化为背景的。为了研究在轴向气流作用下液体轴对称抛撒所产生的雾场特性,本文提出了一种新的组合型实验设备。该设备由两台激波管、一套电子同步控制系统组成,可以观察在轴向气流作用下液体轴对称抛撒、破碎和雾化的过程。通过在此设备上的一系列实验,获得了在不同压力和不同气流速度下液体轴对称抛撒的近场纹影照片。通过对照片的研究发现,液体轴对称抛撒具有两个明显的阶段:液核生长阶段和液核稳定阶段。另外近场云雾区轮廓有明显的转折点,此转折点即为液核发生首次破碎的位置。进一步分析表明,轴向气流能促使液体轴对称抛撒首次破碎发生的时间缩短。