Flow control of micro-ramps on supersonic forward-facing step flow

The effects of the micro-ramps on supersonic turbulent flow over a forward-facing step（FFS） was experimentally investigated in a supersonic low-noise wind tunnel at Mach number 3 using nano-tracer planar laser scattering（NPLS）and particle image velocimetry（PIV） techniques. High spatiotemporal resolution images and velocity fields of supersonic flow over the testing model were captured. The fine structures and their spatial evolutionary characteristics without and with the micro-ramps were revealed and compared. The large-scale structures generated by the micro-ramps can survive the downstream FFS flowfield. The micro-ramps control on the flow separation and the separation shock unsteadiness was investigated by PIV results. With the micro-ramps, the reduction in the range of the reversal flow zone in streamwise direction is 50% and the turbulence intensity is also reduced. Moreover, the reduction in the average separated region and in separation shock unsteadiness are 47% and 26%, respectively. The results indicate that the micro-ramps are effective in reducing the flow separation and the separation shock unsteadiness.

微腔型PCR芯片的多体系集总热容法分析

本文采用多体系集总热容法分析了微腔型PCR芯片的热循环过程,研究了芯片的温度变化规律,并提出了芯片功耗的预测方法。数值模拟表明,多体系集总热容法可以被用来估计微腔型PCR芯片的温度变化,并能够准确地预测芯片所需功耗。

斜坡型涡流发生器控制叶栅角区分离的数值模拟

压气机平面叶栅端壁附面层的发展以及吸力面-端壁角区流动分离是造成压气机内部流动损失的重要原因。为了最大程度地减弱角区分离,改善叶栅气动性能,采用数值模拟方法对叶栅通道端壁上微尺度斜坡型涡流发生器进行了几何优化,分析了叶栅流场特性,同时进一步研究了涡流发生器对平面叶栅攻角特性的影响。结果表明:涡流发生器产生的流向涡与通道涡及端壁横向流动相互作用使得通道涡和端壁横向二次流发生偏转,抑制了通道涡向吸力面的发展,并将主流高能流体卷入角区,增加了角区流体动量,削弱了角区分离,使得叶栅出口处流场更加顺畅;涡流发生器的几何尺寸直接影响流向涡的强度;通过依次优化涡流发生器的高度和长宽比,最终确定涡流发生器的最优方案为h=4 mm、b=4 mm、l=12 mm,该方案使得出口截面总压损失降低了7.82%;设计攻角下涡流发生器的作用效果最好,随着正负攻角的增加,损失降低程度下降,其中攻角为-8°和8°时,损失较原型分别下降了1.91%和5.29%。

基于双微楔的高超声速激波与边界层干扰控制研究

高超声速飞行器在流场中通常会伴随激波与边界层干扰(SWBLI),其引发的流动分离将导致进气道性能下降。采用分离涡模型结合有限体积离散方法、自适应网格加密技术,对来流马赫数为7.0流场中SWBLI诱导的流动分离进行数值模拟,并基于边界层流向速度、压力梯度、形状因子、总压损失等参数讨论了不同微楔高度的控制效果,分析双微楔的控制机理。研究结果表明:双微楔产生的两对流向涡对之间的相互诱导促进了各自流向涡对之间的卷吸作用,使得双微楔对分离气泡的消除效果优于单只微楔;流动总压损失系数随着微楔阵列高度的增加呈先减小、后增加的趋势;综合讨论流向涡强度与形状阻力的影响,高度为35%分离气泡厚度的双微楔控制效果最好,分离气泡局部可减小至回流消失,边界层形状因子峰值降低86%,总压损失降低1.9%.

快速路组合匝道几何设计研究

快速路立交节点及出入口布设是快速路规划的重要内容,其合理性直接影响快速路整体的运行效率.很多城市在立交节点处同时布置有快速路上下匝道.实践证明,组合匝道布设往往成为快速路系统的咽喉地带.文中设计不同组合匝道几何形式,及上匝道远离立交的形式,建立对应于不同服务水平下的交通需求,利用微观交通仿真软件Vissim对不同设计形式进行仿真评价.从量化的角度分析出,当快速路主线交通流运行达到四级服务水平时,应将上下匝道远离立交布设;当快速路主线运行状况在三级及以下服务水平时,可以将上下匝道与立交组合布设,但同时需保证交织区域车道逐级递减,并每一次递减都需设置独立的加减速车道及渐变车道,避免形成快速路系统的瓶颈,影响整体效率.

基于微型叶片式涡流发生器的前体压缩面低能流掺混机理

为了改善高超声速飞行器前体压缩面边界层速度型的饱满程度,降低进气道壁面流动分离的潜在风险,提出了基于阵列微型叶片式涡流发生器的前体压缩面低能流掺混方法。采用数值模拟方法研究了涡流发生器在来流马赫数7状态下的流动特性,揭示了主要流动控制机理,并分析了安装角对掺混效果的影响规律。研究结果表明:微型叶片式涡流发生器可对近壁气流产生一定扰动,形成局部大侧滑角、低压区域,掺混的主要机理在于叶片两侧分别形成扫掠激波、膨胀波,诱导近壁流体向叶片方向偏转,形成局部横向迁移,进而与主流产生掺混效应;负安装角的涡流发生器的扰动能力最强,但总压损失也最大;正安装角时涡流发生器的扰动能力随安装角的增大而增大;相比于无控制状态,所有叶片式涡流发生器均可降低边界层形状因子,安装角15°时的边界层形状因子最小,边界层速度型最为饱满,说明该状态下壁面流动具有较优的抗逆压分离能力。

微型三角楔超声速绕流特性的研究

基于大涡模拟(LES)方法,结合WENO格式与自适应网格加密(AMR)技术及沉浸边界法(IBM),对来流马赫数为Ma=2.5条件下的平板上微型三角楔绕流流场进行了数值模拟。数值模拟表明微型三角楔涡流发生器可以显著改变超声速流体边界层结构。计算结果清晰地显示了三角楔上游分离区的流场结构和下游各涡的流态,同时计算表明,微楔对边界层控制过程中,其下游的流向涡对与涡环结构都起了重要作用,并对其作用过程进行了讨论。数值计算与相关实验结果相符,且提供了流场的重要细节,揭示了微楔的控制机理,可为超声速边界层控制研究提供重要支持。

翼型绕流分离的微楔控制

基于大涡模拟(LES,Large Eddy Simulation),结合3阶WENO(Weighted Essentially Non-Oscillatory)格式与沉浸边界法(IBM,Immersed Boundary Method),对NACA0012翼型在来流马赫数为Ma=0.5以及10°攻角下,有无微型三角楔涡流发生器作用的三维绕流进行了数值模拟,对比了两者的流场结构变化。数值结果表明,微楔能显著改变翼型绕流的尾涡结构,并能缩小其表面边界层的分离,提高升力,并对微型三角楔涡流发生器的流体分离抑制机理进行了讨论。

基于DES方法的高超声速激波/边界层干扰的双微楔控制数值研究

高超声速飞行器在流场中通常会伴随激波/边界层干扰(SWBLI),其引发的流动分离将导致进气道性能下降。采用湍流离散涡模拟(DES)方法、结合有限体积离散方法与自适应网格加密(AMR)技术对来流马赫数为7.0的流场中SWBLI诱导的流动分离进行数值模拟,并分别采用单、双微楔对其进行控制。针对流场结构、近壁面流向速度、压力梯度及总压损失等参数,分析讨论了不同双微楔流向安装位置对SWBLI的控制效果。研究结果表明:双微楔产生的流向涡对与涡对之间的相互诱导促进了各自流向涡对之间的卷吸作用,使得双微楔对分离气泡的消除效果优于单只微楔;流动总压损失系数随着微楔后缘与分离气泡中心的距离的减小呈先减小后增加的趋势;综合讨论流向涡强度与形状阻力的影响,得到了双微楔最佳流向安装位置。