轴对称湍流射流流场的数值模拟

借助商业软件CFX4.4,对Laval喷管外的射流流场进行数值模拟,分析讨论了不同滞止压力、环境温度对湍流射流轴中心线上流场的影响,对比以往模拟结果和实际现场氧枪操作曲线验证了k-ε湍流模型在描述湍流射流流场方面的适用性。

单孔氧枪喷头射流流场的仿真研究

借助商业软件CFX4.4对单孔氧枪Laval喷管内及喷管外的射流场进行数值模拟,分析了不同滞止压力下喷管外的轴对称射流流场的分布情况,并验证了k-ε湍流模型的适用性。结果表明,300 K环境温度下,射流的径向横截面面积受轴向至喷口的距离影响较大,而在不同滞止压力下(0.596～0.996 MPa)射流沿纵向扩展变化不大;在相同滞止压力下,随环境温度增加,射流径向扩展明显加大。

红外分子标记测速法

分子标记测速法(MTV)和粒子成像测速法(PIV)常被用于流动显示和流场成像测量,但在示踪粒子跟随性差、示踪粒子分布不均匀时,示踪粒子的引入会给PIV带来速度测量系统误差,而不需引入示踪粒子的MTV因荧光寿命长度限制,主要应用在高速和超声速流动测量中。为了发展无需示踪粒子、可适用于低速气流场的二维流速成像方法,本文介绍了一种基于激光诱导红外荧光的新型分子标记测速法,并在二氧化碳气体轴对称湍流射流中进行了速度测量与验证。在红外分子标记测速法中,通过红外脉冲激光选择性激发气体小分子的共振振动能级跃迁实现分子的标记,随后通过红外相机对不同时刻下跟随流场流动的激发态分子记录其发射荧光分布,进而处理得到流动速度场信息。通过考虑分子振动能量传递过程模型、有限荧光寿命、横向速度分量和分子扩散运动对荧光分布的影响,实现从荧光分布图像定量获取速度场分布。将该方法应用于5~51 m/s速度的二氧化碳湍流射流中,得到了射流轴向速度的径向分布,速度测量的相对不确定度优于8%,径向空间分辨率达到107μm,且该速度分布与湍流射流理论结果及前人实验测量结果符合较好。利用该方法分辨了射流在不同轴向位置的径向速度分布,观察到了射流从势核区到充分发展区的演变。利用该方法可以获得低速气流场的高分辨瞬时速度成像,后续通过提高红外激光的脉冲功率、激发效率和重复频率,可以进一步提高该方法的测量精度、空间分辨率和时间分辨率,从而有潜力在近壁面流动、微尺度流动和大梯度流动等粒子示踪不适合用场景中提供定量流场测量的有效途径。