喷嘴结构对非稳态射流推力影响的试验研究

为了研究喷嘴结构对非稳态射流推进性能的影响,搭建了射流试验台架,以单个固定喷嘴生成非稳态射流,考察了锥型、锥直型和Wyszynski型3种喷嘴内腔结构以及30°,60°和90°3种喷嘴唇边结构。结果表明:锥型喷嘴的非稳态射流平均推力比锥直型喷嘴提升了1.8%,比Wyszynski型喷嘴提升了2.0%;30°喷嘴唇边的非稳态射流平均推力比60°唇边提升了2.3%,比90°唇边提升了7.7%;试验推力比值都大于2,证实了非稳态射流存在推力增强效应,锥型喷嘴推力比值比锥直型提升了0.3%,比Wyszynski型提升了4.0%,30°喷嘴唇边的推力比值比60°唇边提升了6.0%,比90°唇边提升了8.6%,研究结果可为喷嘴结构设计提供理论依据。

电纺直写稳态射流的建模与仿真

基于Maxwell粘弹性力学理论,构建了电纺直写稳态射流力学仿真模型.从仿真与实验角度分别考察了施加电压、供液速度、喷头至收集板距离等工艺参数对射流流变行为的作用规律.结果表明,射流流变学的仿真结果与实验结果相符合,对稳态射流形态具有较好的预测性,有助于掌握射流流变规律,实现电纺直写过程的有效调控.

稳态射流数值模拟中速度参量对传热的影响机制分析

对文献中多个槽缝冲击射流的经典实验结果进行数值模拟,考察RNG k-ε和Transition SST湍流模型的表现,主要分析射流出口中心线和展向、壁面射流区域的雷诺时均速度和湍流度分布,以及靶面换热效果与流场模拟结果之间的关系.模拟结果表明,与Transition SST湍流模型相比,RNG k-ε模型的结果表现出更强的湍流粘性,使得其中心线上速度衰减较快,该效果可能导致低估靶面上的冲击换热效果;而在冲击滞止区域,RNG k-ε湍流模型结果表现出过高的湍动能,该效果可能导致高估靶面上的冲击换热效果.因此,当射流雷诺数较小时,Transition SST模型所得滞止区换热系数要高于RNG k-ε模型的结果,反之亦然;而在壁面射流区域,RNG k-ε模型对于流场速度的模拟较好,但相应区域的传热模拟并没有表现出明显的优越性.

基于稳态射流控制的高超声速激波/湍流边界层干扰流动结构与非定常性研究

对稳态射流作用下马赫6高超声速压缩拐角激波/湍流边界层干扰流动开展了直接数值模拟研究.表面摩阻系数、壁面压力、平均速度和温度、边界层厚度和斯坦顿数的分布等结果表明,激波/湍流边界层相互作用区的流动发生了显著变化.研究发现,垂直壁面的稳定射流对抑制流动分离没有任何作用,反而增加了其空间尺度.瞬时流动结构表明,在施加流动控制后,可以观察到湍流增强效应,并出现大量的类Görtler涡结构,但主激波强度降低.使用加权功率谱密度分析壁面脉动压力信号,我们发现了一件有趣的事情:尽管稳定射流抑制了分离激波引起的低频振荡现象,但射流激波附近的壁面脉动压力以低于0.1u∞/δref的频率振荡.相干性和间歇性因子的结果表明,这与射流激波本身的往复运动有关.

非稳态冲击射流强化传热试验研究

利用一个特殊的质量流量控制装置产生波形和频率可调的周期性变化非稳态射流,进行非稳态射流冲击换热性能的试验研究。研究采用正弦、三角形和矩形三种典型的周期性波形,频率变化范围为1.25～40Hz,其传热性能用传热强化系数(定义为相同流量下非稳态和稳态射流冲击时的努塞尔数之比)来描述。研究表明,在频率较低时非稳态的射流冲击换热效果反而没有稳定射流冲击时好,但当频率超过一阈值时,其强化传热的优势逐渐明显。传热强化的效果还与射流信号的变化规律有关,有阶跃变化的矩形射流强化传热最为有效,在频率为40Hz时传热强化效果可达30%以上,但对于信号变化缓和的正弦波和三角形波而言,即使在较高的频率下,它们对传热的强化作用也是非常有限的。