低密度风洞瑞利散射测速实验中纳米粒子跟随性数值分析

在低密度风洞试验流场中,加入少量纳米粒子,可以增强瑞利散射测速试验的散射光强度.纳米粒子能否适应流场气流速度变化是测量结果准确性的关键.为了研究瑞利散射测速实验中测量到的纳米粒子的速度能否反映流场当地气流速度,采用基于直接模拟蒙特卡罗方法的稀薄两相流双向耦合算法,对低密度风洞流场中纳米粒子在大梯度流场中的跟随性进行了数值研究.仿真了10 nm,50 nm和100 nm TiO_2三种尺寸的纳米粒子分别在M6和M12低密度风洞返回舱高超声速绕流流场中的运动特性.仿真结果显示,不同尺寸的纳米粒子在不同的流场稀薄度条件下的跟随性不同,纳米粒子尺寸越小,跟随性越好.在稀薄度较低的M6流场中,10 nm粒子跟随性很好,与瑞利散射测量结果比较接近,粒径50 nm以上的粒子跟随性较差,而在稀薄度较高的M12流场中,10 nm粒子的跟随性也变差,表明通过瑞利散射测量到的纳米粒子速度和流场中气体速度有一定差距,不能准确反映流场当地速度.

高超声速低密度风洞带中心锥型扩压器性能研究

扩压器是超/高超声速风洞的关键部件之一,直接影响风洞运行的费效比。然而,对于高超声速低密度风洞而言,试验运行参数范围大、试验气体密度又相对较低,常规的“收缩段-等直段-扩张段”的扩压器结构扩压作用不明显。提出一种带中心锥型扩压器新结构,并在Φ300 mm高超声速低密度风洞中进行扩压性能试验。研究了M16喷管小流量稀薄状态和M8喷管大流量近连续流状态下带中心锥型扩压器的扩压性能,同时,分析了试验段模型对扩压器扩压能力的影响。结果表明带中心锥结构的扩压器适用的风洞运行参数范围更广、扩压性能更优,能有效提高设备试验能力,可为高超声速风洞扩压器设计提供参考。

高超声速低密度风洞红外热图技术初步研究

为了对红外测热与热电偶测热进行比较研究,在马赫数M∞=12,驻点温度T0=650K,驻点压力P0=1630kPa的高超声速稀薄气流中,对一平板斜坡薄壁模型进行了试验,试验结果表明这二者所获得的模型表面热流率符合得较好。与此同时,对模型表面发射率的测量、模型物面坐标与热图象素坐标的对应关系也进行了初步探讨,重点提出了在大极角情况下对发射率进行修正的方法,即根据模型表面不同位置的法线,调整红外热像仪镜头轴线,使被测量区域的极角尽可能小,以保证发射率在此范围内为常数。

电子束技术测量低密度风洞氮气流振动温度、转动温度及数密度

本文给出了用电子束荧光技术测量高超音速低密度风洞3~#及2~#喷管的氮气自由流中的转动温度、振动温度及数密度的实验结果。试验表明了电子束荧光技术对于低密度风洞流场校测是很有用的手段之一。

小尺寸应变天平设计方法研究

Φ0.3m高超声速低密度风洞测力试验模型尺寸小、天平载荷小、流场总温高,天平防热结构设计难,刚度要求和灵敏度要求矛盾突出,测力天平的研制难度大。采用数值仿真和风洞试验相结合的研究方法,对应用于该情况下的内式天平在温度影响和结构设计方面进行了研究。采用有限元方法对天平温度影响和结构应力分布做了详细分析,并对分析结果进行了风洞试验验证。结果表明:在实现天平结构优化设计及提高天平设计的准确性和可靠性方面,有限元分析设计方法是非常有效的技术途径。

球双锥外形稀薄过渡流区气动特性研究

采用风洞试验和工程计算相结合的方法,对球双锥类外形的稀薄过渡流区气动特性进行了研究。风洞试验在高超声速低密度风洞中进行,设计了高灵敏度的外式微量天平,解决了温度防护和高精度校准的问题,得到了球双锥外形在高度65km^75km、高超声速流动的气动力数据。在此基础上,结合球双锥细长体外形绕流的特点和DSMC数值模拟结果,从连续流粘性干扰模型、关联参数选取、过渡流搭桥函数等三个方面对现有工程计算方法进行了改进。研究结果表明:稀薄效应对球双锥外形的气动特性,尤其是轴向力系数和升阻比产生非常大的影响;计算与试验结果的对比表明,计算模型的改进效果显著,大幅度提高了预测值的准度。

脉冲电子束荧光技术测量稀薄流场速度研究

脉冲电子束荧光测速技术是一种直接测量稀薄流场速度的非接触手段,以Φ0.3 m高超声速低密度风洞Ma=12型面喷管为对象,在总压2 MPa、总温650 K的状态下,测量了喷管出口150 mm截面的径向速度分布,各点的7次测量结果表明重复性偏差约为10%,最大相对不确定度为4%,中心位置的速度与Pitot管测压技术、Rayleigh散射测速技术、N-S/DSMC数值模拟获得的速度相比较,偏差为1%,表明脉冲电子束荧光技术获得流场速度的方法是可靠的.

相变热图技术在表面热流测量中的应用

本文详细地介绍了在中国空气动力研究与发展中心低密度风洞中，进行的相变热图技术的应用工作。实验模型是尖锥及球锥，实验条件是自由来流马赫数Ｍ∞＝１６，来流雷诺数Ｒｅ∞／ｍ＝０．５×１０５～２．０×１０５，来流滞止温度Ｔ０＝９４０Ｋ，滞止压力ｐ０＝０．３９ＭＰａ～１．１７ＭＰａ。实验结果与国外计算结果作了比较。最大相对偏差２６．０％。本文对实验结果作了误差分析，介绍了相变漆响应滞后分析的一些结果。同时本文还介绍了相变热固技术的原理及方法。