流向涡对二元进气道流场与性能的影响

针对超声速情况下流向涡进入进气道并影响其正常工作的问题,在来流马赫数2.7条件下开展数值研究。进气道模型使用二维曲面压缩进气道,涡流发生器使用有限展长机翼。通过改变机翼攻角和法向高度,研究了两种强度流向涡从四种位置进入进气道时对流场特性和进气道性能的影响。结果表明,两种强度的流向涡与进气道波系相互作用后均未破碎,属于典型的弱相互作用。进气道内收缩段入口附近的分离区在流向涡影响下出现明显的三维非对称特征。此外,随着流向涡接近边界层,分离区的分离点逐渐向上游移动。在流向涡的影响下,进气道的流量系数和总压恢复系数均出现下降,并且流向涡的强度越强、距离边界层越近,对进气道性能的不良影响越明显。特别地,在最大攻角和最低位置的工况下,进气道内收缩段入口上游形成了大规模的分离区,使得入口截面流场的畸变系数相比均匀来流情况增大了约4倍,流量系数下降了约6.1%,总压恢复系数下降了约17.2%。

高马赫数来流条件下斜激波与流向涡对相互作用

针对斜激波入射流向涡对形成的复杂流动干扰现象,在来流马赫数6条件下,利用双支架支撑的后掠斜坡式涡流发生器生成流向涡对,采用数值模拟结合激波风洞实验,研究了斜激波与流向涡对相互作用引起的激波变形和旋涡演变。结果表明,斜激波与流向涡对相互作用的剧烈程度大致分为强、中、弱三种。在强相互作用下,激波面向上游凸起的程度最剧烈,呈现类“T”字型特征,其对称面处接近于一道正激波,波后出现回流区和局部流动滞止,使得流向涡对发生破碎;在中等相互作用下,对称面处存在局部正激波,但没有出现回流区;在弱相互作用下,不再出现局部正激波。进一步地分析发现,斜激波与流向涡对相互作用产生的流向涡对破碎现象,不符合经典的激波作用下单个流向涡破碎理论的预测。采用流向涡对对称面处的气流参数,对经典的流向涡破碎理论进行修正后,能够预测本文流向涡对在斜激波作用下是否发生破碎。

扩压叶栅端壁角区流向涡对湍流特性的影响

本文用三维激光多普勒测速技术测量了平面扩压叶栅的叶片吸力面角区流动湍流特性，如紊流动能分布、雷诺应力分布等．分析了角区内流向涡和通道涡对湍流特性分布的影响，结果表明：流向涡的核心区域及旋涡与附面层相互作用区域的湍流动能增加．同时，旋涡和旋涡运动强烈影响着雷诺正应力和切应力的分布规律．

流向涡对扇形孔气膜冷却效果影响的实验研究

在平板气膜实验台上安装涡流发生器(VG)来模拟叶栅中的流向涡,利用红外相机测量吹风比M=0.5~2.5时的气膜冷却效率和传热系数,分析二次流对扇形孔气膜冷却效果的影响。结果表明:流向涡增强了主流与气膜射流的掺混,导致气膜绝热冷却效率明显下降以及覆盖面积减小,气膜面平均冷却效率最高降低了63%;当吹风比达到2.5时,流向涡能抑制扇形孔射流在高吹风比时的吹离趋势,抵消了部分主流与冷气掺混导致的气膜横向平均冷却效率降低的影响;流向涡使气膜与壁面的横向传热系数比增大了3.5%,壁面的热通量比最高上升了20%,在低吹风比时气膜失去了对壁面的保护作用。

基于全局稳定性理论的eN方法对高超声速有迎角锥背风流向涡转捩分析

有迎角圆锥表面存在周向压力梯度,压力梯度驱使流体从迎风面的高压区向背风面的低压区流动,导致背风中心线附近出现大尺度流向涡结构,从而进一步失稳触发转捩。本文利用全局稳定性理论与e^(N)方法,研究3个不同工况下高超声速有迎角圆锥的流向涡转捩问题。研究发现,Mack模态在上游流向涡较弱时为主导模态,但当流场出现周向卷曲、流向涡逐渐增强时逐渐减弱,此时流向涡失稳模态出现,并逐渐成为主导不稳定性。基于全局稳定性得到不稳定模态的N值。结合风洞实验测量结果可判断,在迎角2°时转捩N值不到3,而在迎角4°、转捩完成时的N值可达6左右。

空气涡轮火箭发动机燃烧室异形尾缘波瓣混合器掺混、燃烧特性研究

为了促进空气涡轮火箭发动机(ATR)燃烧室内涵富燃燃气与外涵空气之间的掺混,提高燃烧室燃烧效率,本文通过对波瓣进行尾缘修形设计,探究C形尾缘结构对波瓣下游流动及燃烧特性的影响规律。研究发现:(1)在波瓣混合器尾缘增加C形结构,会诱导产生多源副涡结构;(2)径向高度越高,径向速度梯度越大,造成副流向涡和副展向涡的强度和尺度越大;(3)由于受到C形尾缘结构诱导的副流向涡和副展向涡的影响,燃烧室展向截面温度分布出现“串状”局部高温区,燃烧得到强化;(4)当燃烧室距离与波瓣直径<1时,内、外涵气流掺混强烈,热混合效率、燃烧效率以及总压损失迅速增大;(5) C形尾缘结构数量与燃烧效率不成单调递增关系,当C形结构数量≤2时,副涡强化掺混起主导作用,燃烧效率随着副涡量的增大而增大;当C形结构数量≥3时,出口面积增大导致的涡量衰减起主导作用,燃烧效率随着副涡量的增大而减小。

悬浮隧道管体运动对锚索涡激振动的影响规律

根据锚索式悬浮隧道的运动特性,假设锚索是两端铰接的非线性梁模型,并将管体运动简化为两自由度的质点运动,将其视作一种参数激励。考虑锚索长期处于海流环境下,其顺流向涡激力和管体横荡运动方向一致,锚索的运动响应可能会产生明显变化。建立锚索的非线性顺流向涡激振动方程,并通过Galerkin方法和Runge-Kutta方法对该方程进行求解,选取典型悬浮隧道的结构进行数值分析,结果表明:在锚索前三阶模态中,相比于一阶模态幅值,二阶和三阶模态幅值是一个很小的量,可以忽略不计;参数激励可以使锚索更快进入稳定状态,且对振动幅值的增加有显著影响;参数激励对顺流向涡激振动的影响程度与锚索顶端的端部激励幅值和频率有关。

流向涡与涡轮叶栅二次流相互作用研究

研究有效的流动控制手段,降低涡轮内部二次损失,对于小展弦比涡轮的气动设计具有重要意义。利用涡发生器在叶栅入口前产生流向涡,通过试验和数值方法探讨这种基于旋涡相互作用的流动控制方法对涡轮平面叶栅二次流动的作用效果,并对不同流向涡情况做对比分析。结果表明:流向涡对涡轮叶栅内部流动会产生较为显著的影响,从而影响叶栅的性能,当所产生流向涡强度和位置较为合理时,有可能通过流向涡与二次流的相互作用达到较大幅度降低二次流损失的目的。

海底悬跨输流管道纯顺流向涡激振动特性研究（英文）

文章提出了海底悬空输流管道纯顺流向涡激振动预报的尾流振子模型,运用两类不同的van der Pol方程描述旋涡尾迹特性。重点分析了悬跨长度,内流因素和轴向力对纯顺流向涡激振动的影响。结果表明:大悬跨长度、小轴向力和高速内流介质可以降低纯顺流向涡激振动发生的速度范围,使其更容易发生。

湍流边界层内准流向发卡涡生成的数值模拟

采用根据共振三波理论模型建立的初始准二维流场和直接数值模拟方法,对湍流边界层近壁区流向涡的生成进行了研究.计算得到了准流向发卡涡和次生准流向涡结构的生成过程及其主要特征,讨论了它们的产生机理.作为相干结构的主要特征,利用共振三波理论模型对流向涡结构生成与演化过程的研究为湍流边界层内相干结构的研究与流动控制提供了新的途径和思路.

长鳍波动推进流向涡结构PIV试验研究

鱼类的高效、低噪声、高机动游动为水下航行体推进技术研究提供了很好的启发与借鉴。尼罗河魔鬼鱼依靠长背鳍波动推进,可以在主体基本不变形下巡游,还可以通过改变波动方向敏捷地倒退或前进。对于这种推进模式国内外已经开展了一些仿生推进水动力实验研究,对流动涡结构也有一些数值计算研究,但对流动涡结构试验研究开展很少,因而数值计算方法也缺乏充分的验证。本文针对MPF(Median and/or Paired Fin,中央/对鳍)模式长鳍波动推进,采用相位同步PIV技术测量了系泊状态下首、中、尾部及尾流不同相位横截面流场,采用相位平均方法计算获得平均速度场,进一步提取分析了流向涡涡结构特征及其随相位的演变规律,为长鳍波动推进涡结构数值预报和水动力机理揭示提供了试验依据与支撑。

碳氢燃料流向涡掺混超燃模型燃烧室冷态流场数值研究

对一种超声速燃烧模型燃烧室的冷态流场进行了数值研究。为稳定超燃火焰并提高燃烧速率和效率,取少量的冲压空气进行稳定的亚燃预燃烧,并以之作为超燃室的一个稳定火炬,其高温燃气将吸热型碳氢燃料预先蒸发汽化并部分裂解为短链小分子,最后通过城墙波瓣掺混器形成的流向涡带入超声速主流,以期实现快速高效的超燃燃烧。计算结果表明:首先,城墙波瓣掺混器能够在较小总压损失下得到显著掺混效果;其次,本文从气动结构的角度专门探究了亚/超燃接力阶段较低的隔离段进口马赫数存在热堵塞的可能性,发现较难适宜超燃启动点火。

非光滑叶片对叶栅出口流向涡系的影响

在低速平面叶栅风洞中对光滑叶片及非光滑叶片叶栅进行了实验研究 ,在叶栅出口进行了详细的测量 ,通过测量结果的对比分析 ,探讨非光滑叶片对叶栅出口流向涡系的影响。实验结果表明 ,与光滑叶片相比 ,非光滑叶片对叶栅出口流向涡系中 ,通道涡在节距方向上移向叶栅通道中心处 ,强度几乎不变 ,尾缘涡发生展向扩展并分裂 ,强度明显减弱。

转捩边界层中次生流向涡演化的数值研究

采用高精度直接数值模拟方法和高效的特征无反射边界条件,进行可压缩流转捩边界层中出现的次生流向涡演化的数值研究.精细的数值模拟结果清楚地揭示了转捩边界层的复杂流场中次生流向涡的形成和演化过程,探讨它对转捩至关重要的环状涡生成的影响,发现次生流向涡和主流向涡的共同作用形成环状涡的一种新机理.

马赫数2.5超燃室中超/亚声流流向涡掺混冷态流场数值研究

结合实验,对一种带亚声速预燃室和流向涡掺混器的超声速燃烧模型燃烧室,在其进口马赫数为2.5的来流条件下,进行了冷态流场的数值研究。计算与实验得到的燃烧室沿程压力分布相当一致,计算与实验得到的激波结构也基本吻合。计算结果表明:首先,在马赫数2.5的来流条件下,亚燃预燃室易于达到启动状态;其次,流向涡掺混器增强超/亚声速流之间的掺混的效果明显,但其掺混深度尚有限;最后,流向涡掺混的超燃室掺混段有着复杂的激波膨胀波波系,波涡干涉和激波附面层干涉结构。

波瓣混合流场流向涡的数值分析

借助Ｎ－Ｓ方程对波瓣喷管混合装置的流场进行了数值分析。采用三维贴体曲线坐标，非交错网格法和ｋ－ε两方程湍流模型，对波瓣喷管内外两侧的气流通道及波瓣喷管下游的混合段流场统一进行了数值计算。得出了速度场和流向涡及正交涡的分布，并对流向涡的发展规律及其对正交涡分布规律的影响作了分析。并对混合管壁面的压力分布和出口速度型与实验值进行了比较。

刚性圆柱结构顺流向涡激振动特性分析(英文)

文章研究了刚性支承圆柱的顺流向涡激振动特性,在第二激励区域,运用van der Pol方程描述漩涡脱落的尾迹特性,采用尾流振子模型计算圆柱结构的响应,讨论和分析了质量-阻尼参数、质量率和结构阻尼对顺流向涡激振动的影响机理。

微波瓣燃烧器中流向涡混合数值研究

为了检验波瓣喷管下游流向涡能否促进燃烧,对尺度为毫米量级的微波瓣喷管混合燃烧器中流向涡的行为进行了数值模拟研究.研究发现,微波瓣喷管燃烧器中远没有微波瓣喷管混合器中非常强烈的流向涡形成和发展,造成差别的根本原因在于本该形成流向涡的主次气流接触界面变成了燃烧火焰的锋面,燃烧反应气流体积的急剧膨胀使流向涡环量迅速耗散衰减.另外,流场计算结果显示在4波瓣和8波瓣微喷管燃烧器中主次流接触初期有较明显的流向涡生成、发展和很快消失,而在12波瓣微喷管燃烧器中基本没有明显的流向涡形成和发展.但是,对比模拟表明,在同样边界条件下12波瓣微喷管混合器中却有非常明显的流向涡的形成和发展.

湍流边界层内流向涡的数值模拟研究

采用准二维共振三波作为湍流边界层近壁区相干结构初值,用直接数值模拟方法计算了流动从二维结构发展到三维结构并且伴随流向涡生成的整个过程,分析结果显示流向涡对湍流动能和质量传输有着重要作用,是湍流边界层相干结构的重要特征和运动形式.

激励横向射流对超声速混合中流向涡影响的数值研究

为增强燃料与超声速气流的混合,以达到较好的混合效果,利用FLUENT DES方法对1 k Hz激励横向射流对超声速混合中流向涡的影响进行了数值模拟。通过与无激励射流的工况进行对比发现,因大尺度结构的提早形成,激励射流将射流核心中的流向涡对的能量迅速打散,底部涡对迅速扩大并且向上抬升,并夹挤射流核心涡对,最终将之取代,造成流场剧烈变化。对横向射流进行激励有利于增强混合。