横流中圆孔湍射流的旋涡结构

应用PIV流场测试系统,研究不同流速比的横流中圆孔湍射流的旋涡结构。发现主要有4类旋涡,即射流主体周缘剪切层的类开尔文涡列、横流绕流分离旋涡、射流喷口前缘的马蹄涡系和尾迹涡。分析了这些旋涡的形成机理及其拓扑性质,射流近区有两条分离线,一条是横流绕流分离线,另一条是使射流两侧剪切层旋涡进入分离旋涡区的分离线。证实绕流分离旋涡最终在射流的顺流贯穿段进入射流主体,混合形成射流主体内的主反向旋转涡对。

圆湍射流拟序结构研究进展

圆湍射流拟序结构的实验研究，经历了流场显示定性观测、热线、激光单点测量、数字图像等方法全流场定量测量以及当前三维演变机制的探讨．与此同时，静态激励和主动技术的拟序结构控制研究也获得了大量的成果 应用涡方法、直接数值模拟和大涡模拟等对圆湍射流拟序结构进行的数值模拟，在印证试验现象的同时，还进一步深入研究了拟序结构的输运特性、激发机制等相关内容、本文对上述进展进行了综述，以期为进一步开展湍射流的研究和应用提供依据．

横流环境湍射流涡动力学特性数值模拟

采用三维湍流模型及其混合有限分析解法进行横流中湍射流这一复杂三维流动的研究。在利用实验数据对模型及其计算方法验证的基础上,对多种喷口形式和流速比工况下的流速场和涡量场进行了数值计算,模拟得到了其旋涡结构发展演化特性。在射流初始阶段,横流在射流背流面形成绕流分离旋涡,其结构与射流喷口形式和流速比有关。射流主轴沿流向布置的窄缝射流产生的旋涡最为特殊和复杂,在喷口侧面存在4个分离点,从而形成4个旋涡。在射流远区,流动主要由反向旋转涡对所控制,并诱导出二次涡对。分析得出了射流喷口形式及流速比对反向旋转涡对涡核位置和旋转强度的影响。

PIV在横流中的湍射流实验研究中的应用

利用粒子图象测速技术 (PIV) ,对横流中具有复杂结构流动的湍射流进行了详细观测。实验给出了射流沿程发展情况和由断面最大流速连线形成的轨迹线方程 ,研究中还发现射流尾迹区中的大尺度结构与圆柱绕流有很大区别。

圆湍射流的轴对称大涡模拟

对空间发展的不可压缩圆湍射流进行了大涡模拟研究。在流动轴对称假定下 ,对 Re数等于 1130 0的圆湍射流流动进行数值模拟。大涡模拟很好地再现了圆湍射流中拟序结构非定常演化的前期过程 ,成功地捕获到了射流中 Kelvin- Helmholtz不稳定性的触发与初级涡环的卷起及其第一次和第二次配对合并现象。但在流动轴对称假设下 ,大涡模拟不能模拟出湍流拟序涡环结构的破碎过程。对圆湍射流的轴对称大涡模拟结果进行长时间统计平均 ,能够预报出圆湍射流的核心区特征 ,但与圆湍射流的理论分析解和经典的实验数据对比发现 ,核心区后大涡模拟预报的流向速度降低缓慢。

水下湍射流噪声试验研究

喷水推进器喷注噪声是潜艇重要的水下噪声源。文中旨在对类似的水下自由射流场噪声进行实验测量研究。用压力桶作为混响水池,在其中对扩张喷口、平直喷口、收缩喷口射流在这种压头下辐射噪声功率进行测量,比较其区别并分析水下湍射流噪声特点。

圆湍射流控制的实验研究

本文以圆湍射流为对象，研究了初始扰动参数的改变对湍流拟序结构发展的影响。当雷诺数Ｒｅ＝２９３８，５６４０，１１７５０，以及扰动Ｓｔｒｏｕｈａｌ（Ｓｒ）数在０～０．９范围变化时，通过流场显示，对射流喷口附近过渡区的拟序结构演变过程进行了观测。实验发现，在Ｓｔｒｏｕｈａｌ数为０．５左右时，射流核心区长度最短，拟序结构的发展最显著，且对Ｒｅ数不敏感；拟序结构随初始扰动振幅的增大而增长，但扰动幅值增大到一定程度后，涡的增长趋于不明显。本研究为通过控制湍流拟序结构进而控制湍流提供了初步依据。

动水环境中有限宽窄缝湍射流的水力特性研究

本文采用粒子图像测速(PIV)系统,在分析了水中粒子跟随性的基础上,对动水环境中多种喷口长度和流速比情况下的有限宽窄缝湍射流近区流场进行测试,并结合数值模拟结果分析讨论了动水环境中有限宽窄缝湍射流的近场三维流动特性。在实验观测的流速比范围内,射流势流核长度随着流速比的增加而增大并逐渐趋近于平面自由湍射流的势流核长度,雷诺数对射流的发展轨迹影响很小,射流发展主要由流速比控制。同时,给出了射流背流面逆流区长度与流速比、喷口形状因子之间的关系。

宽粒径分布气粒两相圆湍射流特性研究

研究了一种宽粒径分布范围的气粒两相圆湍射流的特性。用ρｐ＝ ２ ５９０ ｋｇ／ｍ ３、０～２００ μｍ 的玻璃微珠做颗粒相，实验Ｒｅｙｎｏｌｄｓ 数为５ ６４０，粒气质量比为１５％ 。用粒子动态分析仪（ＰＤＡ）详细测量了两相射流近场（ｘ／Ｄ＜ １５）的流向、径向时均速度、湍动能及颗粒相浓度的分布，分析了Ｓｔｏｋｅｓ数变化对两相射流的影响。结果表明，宽的颗粒相粒径分布削弱了特定Ｓｔ数颗粒与气相的作用。与单粒径分布的两相圆湍射流颗粒相ｕνｐ比气相的ｕν小一个量级的结论不同，在宽粒径分布的气粒两相水平圆湍射流中，颗粒相的湍动能与气相具有相当的量级。

几何对称性处理对自由平面湍射流大涡模拟的影响

研究了几何对称性处理自由平面湍射流大涡模拟的影响。以 Re数为 1130 0的平面不可压缩湍射流流动为例 ,采用 Chorin的分步投影法求解大尺度涡运动的 Navier- Stokes方程 ,小尺度涡采用标准 Smagorinsky亚格子模式模拟。初始条件采用平面射流无粘流动解 ,出流速度边界使用 Sommerfeld辐射开边界条件处理 ,计算域的横向外边界使用自由裹入边界条件 ,对计算域的横向对称中心平面分别采用对称性条件和直接求解两种方法。模拟结果显示 ,采用对称性条件处理 ,会抑制自由平面湍射流中拟序结构的生长 ,阻碍大尺度涡从中心平面的穿透 ,长时间的统计平均不能给出合理的湍流低阶矩的时均结果。相反 ,对中心平面进行直接求解的做法能真实再现自由平面射流中涡的合并与破碎过程 。

两相圆湍射流中Stokes数的影响

以Ｒｅ＝ ５ ６４０ 的水平圆湍射流为对象，用粒子动态分析仪详细测量了单相及两相射流近场（ｘ／Ｄ＜ １５）的轴向和径向时均速度、湍动能及颗粒相浓度的分布。实验选用粒径分布分别为２５±３μｍ 、７０±５ μｍ 和１００±１０ μｍ 等的玻璃微珠（密度ρｐ＝ ２ ５９０ ｋｇ／ｍ ３）代表颗粒相，分析了两相圆湍射流中Ｓｔｏｋｅｓ数变化对射流特性的影响。实验结果表明，Ｓｔ＜ １ 时应考虑颗粒相与气相湍流拟序结构的相互影响，在射流近场的横向截面上，颗粒相轴向速度有超前气相的现象。随着Ｓｔｏｋｅｓ数的增大，颗粒相速度低于气相速度。由于颗粒相的加入，与单相射流相比，两相湍射流中的气相湍动能发生变化。当Ｓｔ＜ １ 和Ｓｔ１ 时，气相湍能都呈增大的趋势，但二者增大的原因不同。

冷却池近区湍射流与远区环流耦合计算模型

针对浅水型冷却池的热污染问题,采用近区湍射流,远区浅水环流的耦合模型,流场的近区计算结果为远区计算提供边界条件,而温度场采用远近区耦合的迭代计算。计算结果与实验比较,符合良好。

圆湍射流拟序结构的频谱特性

以圆湍射流为对象 ,用修正的周期图法对圆湍射流下游近场的速度场进行了频谱特性分析 ,空气射流的雷诺数为 Re=2 93 8。研究了外界主动声激励对圆湍射流功率谱的影响 ,并与流场显示的结果进行了对照。实验结果表明 ,在圆湍射流混合层内缘与核心区结合部是射流对外界声激励响应最明显的位置。外界声激励对圆湍射流的影响区域集中在射流近场。沿着射流方向 ,在射流出口和核心区尾部之间 ,功率谱分布有一个最大值。

湍射流的三维LDV测量

对于湍射流下游(即喷口距离大于50倍直径处)的平均速度、脉动速度等流场性质的实验研究较多,而关于射流上游(喷口距离6倍直径内)的实验数据较少。为了测量低速湍射流的平均速度和脉动速度等流场性质,本文利用三维激光多普勒测速系统(3DLDV)对直径21mm的射流进行了湍流测量和流场分析,引入频移技术来确定速度的方向,因所用系统测量的三个速度分量彼此并不相互垂直,故进行了相应坐标变换,同时对测量系统装置和测量基本原理及实验方法进行了介绍,给出了流场脉动速度和湍流度等的实验结果。结果表明低速近喷口处湍射流的三个脉动速度分量、平均流速、射流宽度、雷诺应力等均呈规律性变化。

质量浓度比对气固两相圆湍射流影响的实验研究

通过粒子成像测速仪对气固两相圆湍射流在相同的Stokes数下、不同颗粒质量浓度比η、不同截面处进行测量,得到了三种不同颗粒质量浓度比η下颗粒的典型图像,以及三种不同颗粒质量浓度比η下颗粒相的轴向速度,径向速度,和湍动能的分布图,并对其进行了分析,得到了气固两相圆湍射流颗粒质量浓度比变化对颗粒相行为影响的一些规律。图5参6。

自由湍射流多尺度湍涡结构标度律的实验研究

利用后向接收式激光多普勒测速仪（ＬＤＶ）对自由湍射流进行了测量，我们对采集到的充分发展的湍流信号先求其１－ ８阶的结构函数及其标度指数，结果验证了Ｋｏｌｍ ｏｇｏｒｏｖ提出的标度律理论． 然后用子波变换将自由湍流脉动速度分解为多尺度湍涡结构， 研究每一个尺度湍涡速度的结构函数的标度律及其与湍涡速度的自相关函数的关系．

两相圆湍射流大颗粒调制作用的PDPA实验研究

采用相多普勒颗粒分析仪(PDPA)测量了雷诺数为8500的两相圆湍射流速度场,研究了两种大粒径颗粒对湍流的调制作用。发现在相同气载比条件下,大粒径颗粒加入后,在射流近场区域(X/D<10)气相湍流度增强,沿着射流中心轴线轴向和径向气相湍流度增强;较小粒径颗粒加入后削弱气相湍流度。在射流远场X/D=20截面,较大粒径颗粒的加入会削弱气相湍流度,但其削弱程度不如小粒径颗粒。随着粒径的增大,两相射流湍流的气相湍流度进一步增加。

封面图片说明——受限同心圆环湍射流中反应物混合过程的大涡模拟

受限同心圆环湍射流是航空发动机燃烧室中火焰筒结构的一种简化模型：通过内外环的速度差模拟火焰筒中的强制回流区,利用内外环燃料和氧化剂的分离模化火焰筒中的非预混燃烧条件.我们采用大涡模拟方法模拟了氧化剂和燃料在受限同心圆环湍射流中的混合过程.大涡模拟的优点为：第1,它能够较准确地模拟湍流的混合过程,预测标量的混合过程和标量耗散率；第2，它可以捕捉局部反应面的瞬态特征，即在可辨识的空间和时间尺度上化学反应过程的不稳定状态．针对化学反应过程，我们发展了适合于大涡模拟的映射封闭逼近方法．

横风中湍射流的数值分析

本文建议一种求解横风中湍射流三维流场的方法。采用曲线坐标系以较好地适应射流的发展,假设沿射流轴向的二阶偏导数可以忽略而且截面上各点的轴向压力梯度可用截面平均压力的轴向梯度来代替,将基本方程抛物化。然后自进口断面开始逐层求解,也就是说把一个三维问题化为一连串的二维问题,使计算工作量大大减少。全部计算可以在微电脑上进行。差分格式采用迎风格式和中心差分的混合格式。本文建议的方法适用于横风不强的情形。

颗粒群在平面湍射流中输运弥散的大涡模拟

该文针对不同质量流率颗粒群在平面湍射流场中的运动进行了大涡模拟,对颗粒相采用拉格朗日观点的轨道方法进行跟踪。结果显示当流率较小时,颗粒相在漩涡外围聚集较多,流率逐渐增加时,会有颗粒从流动区域逃逸到原先静止的流体区域,以至于在整个射流区域,都相对均匀的分布着颗粒。质量流率对颗粒相在y方向上的平均浓度分布影响相对较小,在流场发展充分时,归一化后不同流率的颗粒平均浓度都呈现类似于高斯分布的形状。