可压缩气流中平面液体层雾化的线性稳定性理论推导(英)

论述了平面粘性液体层喷射进入可压缩气流中的线性稳定性。根据液体、气体的质量和动量守恒，推导出了Ｔｅｍ ｐｏｒａｌ、Ｃｏｎｖｅｃｔｉｖｅ 和Ａｂｓｏｌｕｔｅ 不稳定雾化模型的各种特性方程，其解具有二种形式：ｐａｒａ－ｓｉｎｕｏｕｓ和ｐａｒａ－ｖａｒｉｃｏｓｅ。

现代薄壳非线性稳定性理论的发展和应用

本文对现代非线性稳定性理论的发展情况进行了研究和简要总结 ,阐述了非线性稳定性理论发展的三个主要阶段及其基本理论和应用。最后 。

孔式喷嘴油束碎裂的线性稳定性理论研究

圆射流碎裂过程的理论研究对于发动机喷雾与燃烧科学研究至关重要,线性稳定性理论是对射流碎裂过程研究的一种重要方法.论述了粘性圆射流在不可压缩气体介质中的线性稳定性理论分析,应用液、气相的线性化纳维-斯托克斯量纲一控制方程组和量纲一化的线性运动学和动力学边界条件,采用对动量方程点乘哈密顿算子的方法,推导出了n阶量纲一色散准则关系式.

线性稳定性理论在圆管充分发展两相流型研究中的应用

圆截面光滑直管内充分发展的两流体同心环状流的线性稳定性研究不仅具有重要的学术意义,而且在预测两相流型转换方面也有着重要应用．本文评述了该流动构型的线性稳定性研究进展,着重分析了该流动构型的失稳机制及其与两相流型转换间的关系,并针对微重力气－液两相流地面模拟实验问题,探讨了今后需要着重研究的若干方面．

圆射流零阶色散关系式的线性稳定性理论推导

为了研究粘性圆射流喷射进入不可压缩气体介质中的碎裂过程,利用线性化的纳维-斯托克斯控制方程组与线性化的运动学和动力学边界条件,采用流函数方法,对碎裂过程进行线性稳定性分析。结果表明:可推导出圆射流零阶对称波形的量纲一色散准则关系式,且该色散准则关系式只与量纲一参数——维伯数We、雷诺数Re、欧拉数Eu、马赫数Ma、气液流速比U、气液压力比P等有关。

三维曲面边界层的简化线性稳定性理论

分析了贴体曲线正交坐标系下线性化小扰动方程(LPEs)中各曲率项的量级,结果显示大部分曲率项都是高阶小量。通过忽略这些高阶小量,得到了贴体曲线正交坐标系下的简化版小扰动方程。简化版小扰动方程不需要繁琐推导,可直接来源于笛卡儿坐标系下的小扰动方程的简单拓展,方便初学者使用。基于简化版的小扰动方程,发展出了能适用于三维曲面边界层的简洁形式的线性稳定性理论(LST)。针对亚声速后掠翼边界层的稳定性,简洁形式LST预测的横流失稳增长率与完整形式LST结果的绝对偏差小于4×10-5;针对高超声速尖锥边界层的稳定性,简洁形式LST精确预测了周向曲率对Mack模态中性曲线的影响。数值结果表明简洁形式的LST拥有与完整形式的LST几乎相同的精确度。

深度学习在边界层流动稳定性分析中的应用

基于线性稳定性理论(linear stability theory,LST)的e^(N)方法是边界层转捩预测中比较可靠的方法之一。为了将传统LST特征值问题的求解过程大幅度简化和自动化,使用卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)在边界层相似性解的LST分析样本集上进行训练,针对流向和横流不稳定性,分别在自然层流翼型和无限展长后掠翼上预测扰动的当地增长率、N因子和转捩位置,结果与标准LST一致性良好;验证了CNN可以将边界层剖面速度型导数信息编码为满足伽利略不变性的标量特征,在翼型边界层中起到了表征压力梯度的作用,在后掠翼边界层中起到了表征横流强度的作用;在CNN对LST特征值预测的基础上,以LST控制方程、边界条件和平凡解惩罚项构造总损失函数来训练内嵌物理信息神经网络(physics-informed neural network,PINN),实现了在不依赖样本的情况下对LST特征函数的准确预测,结果表明PINN可以为LST的特征函数问题提供有效的建模方法。

基于线性稳定性理论的转捩控制试验

使用线化稳定性理论研究了某后掠机翼试验模型在风洞试验条件下可能的试验结果。在当前试验条件下,三维边界层中横流驻波的不同波长扰动发展趋势不同,根据理论分析和数值计算给出了最大放大率波长为4.0 mm。通过升华法试验验证了理论分析与数值计算结果。在试验中使用丝网印刷技术在后掠机翼前缘添加粗糙带,成功地引入了理论计算的最大放大率波长。根据预期影响了三维边界层的转捩。

液膜喷射色散关系式的非线性稳定性推导

根据液体、气体的非线性纳维-斯托克斯控制方程、附加控制方程和边界条件方程,推导出了液膜两侧表面波各种相位角下的不稳定雾化模型喷射表面波量纲一色散准则关系式。结果表明:色散关系式与准则(液体韦伯数、欧拉数、气液体雷诺数和气体马赫数)有关,而气液体表面波的圆频率和气相扰动振幅的差别取决于雷诺数;在此基础上,能够进一步研究喷射表面波的波形、碎裂条件、碎裂点的最不稳定频率,以及射流稳定性随准则的变化关系。

泡沫碳表面对高超声速边界层稳定性影响

高超声速边界层转捩会使壁面摩阻和热流显著增加,严重影响飞行器的性能。微孔隙表面在不明显改变平均流场的同时,能够有效抑制边界层转捩,具有较大的应用潜力。在马赫数为6的Ludwieg管风洞中研究泡沫碳孔隙材料对尖锥边界层中不稳定波的影响规律,试验结果表明:尖锥边界层存在明显的第2模态波,其特征频率随着流向位置增加而减小。相比于光滑表面,泡沫碳表面使不同流向位置上的第2模态波增长率均有明显下降,至少延长第2模态传播区域21.6%。此外,采用阻抗管测量泡沫碳表面的声学特性获取阻抗模型系数,并结合线性稳定性理论预测了泡沫碳表面扰动模态增长率,理论结果与试验结果变化趋势相同。

射流碎裂过程的不稳定性理论研究

喷雾的应用领域非常广泛,在汽车、航空航天、军事装备等动力装置的燃烧室中,液体雾化能够明显增大液体与气体接触的表面积,使随之发生的燃烧、传质传热过程大为加强。因此,雾化机理的研究对于实际喷雾和燃烧系统的设计和改进是十分重要的。喷射射流的一级碎裂是当今国际流体与燃烧学界研究的热点和难点,对其进行不稳定性研究异常繁复,每进展一步都是难能可贵的,至今尚未完善。本文将系统研究液体喷射的多级表面波、气液交界面的瑞利波和泰勒波、表面波的时间、空间和时空模式、扰动的维数、线性和非线性不稳定性理论等喷雾理论中的深层次问题。

抛物化稳定性方程在可压缩边界层中应用的检验

用抛物化稳定性方程(PSE),研究了可压缩边界层中扰动的演化,并与由直接数值模拟(DNS)所得进行比较.目的在检验PSE方法用于研究可压缩边界层中扰动演化的可靠性.结果显示,无论是亚音速还是超音速边界层,由PSE方法和由DNS方法所得结果都基本一致,而温度比速度吻合得更好.对超音速边界层,还计算了小扰动的中性曲线.与线性稳定性理论(LST)的结果相比,二者的关系和不可压边界层的情况相似.

粘性物质中正激波稳定性分析

用线性稳定性理论,分析粘性物质中的正激波稳定性问题.粘性物质中任意强度的一维激波,其稳定性问题可归结为处理复数范围内的特征值问题,该特征值问题由两个一阶常微分方程及一个二阶常微分方程构成.这些常微分方程的系数依赖于流动的基本流场的物理量及其梯度.所获得的特征值问题由一个四阶精度的有限差分离散求解.分析考虑物质粘性的金属铝中的正激波稳定性,可以看出,正激波运动是稳定的,并且激波速度对波前和波后的小扰动量的衰减有相反的作用,而物质粘性有致稳的作用.

粘性金属中的正激波稳定性问题

G.H.Miller等把高压金属中的粘性激波作为强间断面处理,解析推论出:在大粘性系数条件下小扰动激波是不稳定的,物质粘性是导致失稳的因素。本文中针对平面正激波,认为高压金属中的粘性激波的物理量是连续变化的,利用线性稳定性理论,用数值解推论出:在有粘性条件下小扰动激波都是稳定的,物质粘性是致稳的因素。指出G.H.Miller等获得错误结论的原因在于:从无粘流动解推出的小扰动边界条件导致粘性激波小扰动增长。给出实验确定的小扰动速度梯度的边界条件,这样既可以把粘性正激波作为强间断面处理,也能够保证粘性正激波的稳定性。

后掠角对后掠机翼边界层稳定性及转捩的影响

后掠机翼边界层流动稳定性及转捩对翼型的设计及优化有着重要的参考价值，而机翼后掠角是引起后掠机翼边界层横流失稳的关键参数之一．以NACA0012翼型为研究对象，通过求解三维可压缩Navier—Stokes方程计算了展向无限长后掠机翼的基本流场；通过求解Orr—Sommerfeld方程得到了扰动Tollmien．Schishting波演化的中性曲线及幅值曲线，研究了后掠角对后掠机翼边界层流动稳定性的影响；最后采用eN方法进行了转捩预测．研究发现，随后掠角的增大，横流强度和扰动幅值放大指数n均先增加后减小，且后掠角在40°～50°之间横流强度达到最大值．当后掠角在50°左右时，用转捩预测eN方法计算的幅值增长指数Ⅳ值最大，导致转捩发生所需的初始扰动幅值最小，转捩最易发生．

自锁模超短脉冲激光输出的稳定性

为了研究非线性增益饱和效应对自锁模激光器超短脉冲输出的影响,采用L iapunov线性稳定性分析方法对描述自锁模激光输出的微分方程组进行了分析,得到了锁模定态存在的条件并讨论了各定态的稳定性。结果表明,当增益饱和能量小于一个特定值时,自锁模激光振荡器会同时存在两个锁模定态,其中能量较小的一个是稳定的,而且随着增益饱和能量的增大,此稳定自锁模态的能量增大、脉宽变窄,它应该是自锁模激光振荡器实际工作的状态。

可压缩剪切层与边界层流动相互作用的稳定性研究

为了探究可压缩剪切层与边界层组合流动稳定性规律,采用线性稳定性理论对这种组合流动的线性稳定性问题进行研究。平均流动模型取双曲正切函数描述的可压缩剪切层与可压缩相似边界层速度剖面的直接叠加。采用整体数值方法 (Global)求解组合流动线性稳定性方程,获得全部不稳定模态。结果表明,在这样的组合流动中,存在两个不稳定模态,一个与剪切层相关的不稳定模态,另一个是与边界层相关的不稳定模态。在此基础上,研究了剪切层与壁面之间的距离、扰动频率、雷诺数、马赫数、速度梯度、温度梯度对这种组合流动稳定性的影响。马赫数增大对不稳定模态起抑制作用,剪切层对边界层的不稳定模态的促进、抑制作用与马赫数、扰动频率有关,边界层对剪切层不稳定模态基本上起抑制作用。

椭圆型喷嘴对凝胶推进剂雾化性能影响的理论研究

为了研究椭圆型喷嘴对凝胶推进剂雾化性能的影响规律,针对其初次雾化中的射流稳定性问题,利用线性稳定性理论,采用正则模方法,得到了凝胶推椭圆射流的色散关系,即空间增长率和扰动波数的理论关系,基于此,讨论了各个物理因素对于射流稳定性的影响规律,包括椭圆截面的离心率、表面张力系数、粘度、非牛顿流变特性中的弹性、时间常数比。同时,着重分析了弹性对于椭圆射流特有的轴转换现象的影响规律,结合稳定性分析,得到了各物理因素对于凝胶初次雾化的作用规律。本文发现随着表面离心率、表面张力的增加以及粘性的减弱,椭圆射流的增长率增加,有利于提高凝胶初次雾化效果;凝胶推进剂的非牛顿流变特性对其初次雾化过程影响显著,尤其是弹性的作用,随着弹性的增加或者时间常数比的减小,椭圆射流的稳定性减弱,导致射流更容易破裂,进而达到良好的雾化效果。并且,弹性会抑制射流轴转换。

射流表面波理论的研究进展

在过去的20年中,喷雾科学与技术有了长足的发展,应用领域不断扩大。目前,喷雾学已经成为国际性的研究领域。其发展主要表现在数学模型的进展、数值计算分析的不断完善和光学测试技术的改进与开发,重要性日益显著。本文论述了利用线性稳定性理论和非线性稳定性理论对典型的圆射流、平面液膜射流和环状液膜射流碎裂过程的研究进展。

剪切层与边界层组合流动的线性不稳定性分析

对不可压缩剪切层与边界层的组合流动完成了线性稳定性研究.组合流动的数学模型为Blasius边界层相似解与双曲正切函数的叠加,采用整体数值方法求解组合流动的稳定性方程,并验证了程序的准确性及网格无关性.研究给出组合流动的不稳定模态的辨识,即边界层模态和剪切层模态.在此基础上研究了剪切层对边界层模态不稳定性的影响以及壁面对剪切层模态的影响.由于剪切层的存在,使边界层模态中性曲线向左上方平移,临界雷诺数减小.此外,边界层模态不稳定性得到增强或抑制的影响,取决于扰动频率以及剪切层速度比的变化.组合流动中壁面边界层促使剪切层不稳定性减弱,主要表现在低频区域;而在高频区域,剪切层不稳定性几乎不受壁面边界层的影响.