左行运动激波主导的管内流动特性研究

为了分析左行运动激波主导的管内流动特征,本文采用非定常数值仿真方法,对亚声速进口条件下等直管道内左行运动激波传播与演化特性、左行运动激波/边界层干扰特征开展研究。研究结果表明:在出口周期性强压力脉动干扰下管内存在连续的左行运动激波,该左行运动激波传播特征具有相似性,激波强度、传播速度按幂函数规律衰减。气流经过左行运动激波后总压、总温、静压阶跃式升高,随后受膨胀波影响气流总压、总温、静压下降;左行运动激波/边界层干扰诱发形成翼型回流区,该回流区随运动激波强度衰减逐渐减小。理论与数值分析表明存在左行运动激波后速度为零和运动激波两侧总压相等的两个临界状态。波前马赫数低于临界值或左行运动激波强度高于临界值时,左行运动激波后为倒流、波后总压高于波前。

运动激波和气泡串相互作用的初步数值模拟

通过对激波和流体界面相互作用诱导的大变形界面演化的数值模拟,验证Levelset方法精确模拟多个流体界面的有效性.采用2阶迎风TVD求解欧拉方程得到流场解,采用5阶WENO求解Levelset方程追踪多流体界面,采用GFM方法处理流体内界面.利用文[1]的计算结果校核本文程序.在此基础上,对运动激波和气泡串相互作用过程进行了初步数值模拟,得到了不同时刻运动激波和圆管内的两个气泡作用后的演化图象,包括压力和密度等值线分布.计算结果表明:针对推广后的多界面Levelset方程,该方法仍可高质量地捕捉多个流体界面.

一种新的运动激波——非定常边界层相互干扰现象

本文探讨了一种新的激波——非定常边界层相互干扰现象。这种激波——边界层干扰现象既不同于定常激波——边界层干扰现象,又不同于激波在端面反射后与该激波所诱导的边界层之间的干扰现象,而是运动激波与稀疏波和第一激波所诱导的非定常边界层之间的干扰现象。本文对这种现象用激波动力学理论进行分析,并把这种干扰现象看成激波的绕射现象,同时在稀疏波破膜的双驱动激波管中进行实验观察。最后把理论分析与实验观察进行了比较。

关于超音速流中运动激波若干问题的研究

研究了在无粘完全气体流中的运动激波 ,讨论了激波运动速度D和来流速度U对激波后气流参数的影响 ,包括对激波后的总焓比值和总压比值以及对流转角的影响。计算结果表明它们不同于通常静止激波下所得到的结果。该内容涉及到超音速射流与障碍物或空腔体相互作用时出现的失稳状态下激波的振动和空腔体底部的反常加热问题。

平面运动激波绕障碍物流动的非结构Euler解

用三角形非结构网格及有限体积法求解Euler方程 ,对运动激波跨越不同截面形状的二维障碍物绕流进行了数值模拟。计算结果给出了不同时刻各流场的复杂结构 ,该结构与实验结果一致。计算表明用非结构算法模拟复杂外形绕流具有简单、准确的特点 。

运动激波作用下流体界面不稳定性研究进展

界面不稳定性是流体力学中一项重要的研究内容，无论在学术研究领域还是工程应用领域都有着重要的研究背景和应用价值．本文采用实验结合数值模拟方法对激波诱导下的界面不稳定性问题开展了相关研究．

运动激波自适应网格算法中权函数问题的研究

变分原理的自适应网格技术被应用到运动激波问题的求解上 ,在解的大梯度区自动加密网格 ,从而非常成功地算出了激波。

椭圆形悬浮隧道管节沉放过程的波激运动特性分析

为了理清悬浮隧道施工过程中波浪参数与沉放体系中管节运动规律、系泊锚索张力的关系,以沉放过程中的大尺度椭圆形悬浮隧道管节为研究对象,基于ANSYS-AQWA软件采用数值模拟方法分析管节在规则波作用下的波激特性。在通过已有悬浮隧道管节的缩尺模型试验验证本文所用数值方法正确性的基础上,研究波浪环境中大尺度椭圆形悬浮隧道管节运动的时程历程曲线、RAO曲线以及锚索支撑的索力分布规律,得到沉放系统时域、频域运动特性与波浪参数(周期、波高、入射角)及管节的沉没深度、浮重比(BWR)之间的变化关系。结果表明:1)波高、周期增大时,管节位移与缆绳缆力均显著增加,增至一定程度时管节位移出现非线性特征,锚索出现松弛现象。2)在入射角增大的过程中,垂荡RAO曲线图分布规律基本一致,横摇值增大,纵摇值减小。3)不同沉没深度时横荡RAO曲线规律一致;垂荡RAO曲线对沉没深度非常敏感,其增加时垂荡值减小;沉没深度越大,横摇RAO值越小。4)管节浮重比减小时,管节横荡位移幅值减小,变为周期运动或准周期运动,缆索索力均大于零,松弛现象消失,索力时间历程呈现准周期规律。

冲压发动机燃烧引起激波运动过程一维分析

分析了冲压发动机喷油燃烧引起内流道内正激波运动的机理,采用一维激波捕捉方法,建立了燃油喷入对正激波运动位置影响的一维仿真模型。通过仿真发现:喷入燃油并逐步增大燃油-空气当量比时,正激波逐步向上游运动;燃油-空气当量比越大,正激波越接近进气道喉道;当燃油-空气当量比增大到一定程度时,正激波距离进气道喉道最近,但并未越过喉道;进一步增大燃油-空气当量比,正激波开始向下游回退进一步分析发现:冲压发动机流道及燃烧组织匹配设计直接影响到正激波在流道内的运动位置,需要在设计中格外重视。燃油-空气当量比与激波位置的关系分析可为冲压发动机设计提供一定的理论参考。

高超声速湍流分离激波运动特性

给出半圆柱前缘舵诱导的高超声速湍流分离激波运动特性。实验气流Ｍ数为７．８，单位长度Ｒｅ数为３．５×１０７／ｍ。结果表明，随着Ｍ数的增加，分离激波两边压力比的平均值加大，但对其用前缘直径无量纲的激波运动区长度和用自由流速度无量纲的激波向上（下）游运动速度的平均值影响不大。

高超声速湍流分离激波运动和压力脉动

简述在Ｍ∞＝７．８、Ｒｅ∞＝３．５×１０７／ｍ气流条件下，无后掠和后掠压缩拐角及直立半圆柱前缘舵上游平板干扰区壁面压力脉动测量结果及其分离激波运动特性。

非坐底式浮力摆波浪能装置运动的特性试验

针对现有的坐底式浮力摆波浪能发电装置维修困难的问题,本文提出一种非坐底式浮力摆波浪能发电装置,并对其运动特性进行试验研究。在将摆板不铰接于海底的情况下,采用1∶4的大比尺制作浮力摆进行试验模型,并在模型底部转轴上安装旋转阻尼器来模拟发电时液压缸的运动阻尼。通过无触点角度传感器来测量不同厚度的模型在不同海况和不同吃水下的运动响应,可以得出结论:浮力摆随着浸没深度增加,固有周期先增大后减小,波浪周期在靠近浮力摆固有周期时,浮力摆运动幅值显著增加;浮力摆在不同的吃水下均可以正常摆动发电,在浮力摆刚浸没水中时其运动幅值最小。

爆震波逆向传播抑制特性数值仿真

为了发展爆震工作条件下进气涵道运动激波前传抑制技术,采用非定常数值方法开展了爆震发动机进气涵道流动特性与高频强扰动抑制技术研究。结果表明:受出口高频强压力扰动影响,涵道内存在逆向传播的运动激波。在运动激波逆向传播过程中激波强度与压力脉动强度先衰减后增强,运动激波传播速度逐渐减小直至为零。刚性障碍物高度影响运动激波传播特性。随着障碍物高度增加,压力脉动谷值逐渐降低并向下游移动,同时结尾激波向上游移动,波前马赫数降低,结尾激波强度减弱,使出口马赫数和总压恢复系数均增大;合理选取刚性障碍物高度可以有效降低压力脉动强度,当障碍物高度为进气涵道出口高度的0.07倍时,涵道内的总压恢复系数达到了0.884,脉动强度谷值最大下降36.6%,对上游的影响相对较小。

耦合尾喷管堵盖运动的水下固体火箭发动机点火启动过程特性

为研究水下固体火箭发动机点火启动过程的流场特征与工作特性,对尾喷管堵盖分离约束下的点火燃气泡演化过程进行数值模拟。采用流体体积多相流模型与动网格技术,建立耦合喷管堵盖运动的水下燃气射流仿真模型。对点火初期燃气泡形貌瞬态演化和流场参数的振荡特性进行分析,揭示变深度下发动机点火的初始推力脉动特征及形成机制。研究结果表明:点火开盖初期压差驱动堵盖强烈地冲击液相,尾壁空间产生高压区形成初始推力峰;点火深度越深,燃气泡沿轴向的增长速度越慢、长度越短,颈部出现收缩时刻越提前,流场参数和发动机推力的脉动特性越强;深水下燃气泡颈部收缩后,发动机喷口激波系出现往复振荡,导致尾壁空间产生压力振荡形成多个脉动推力峰,激波系的不稳定运动是推力出现脉动的主导因素。

基于大涡模拟的压缩拐角激波/边界层干扰研究

为了提高对激波/边界层相互干扰的基本理解,采用大涡模拟(LES)对来流马赫数Ma=2.9,转角为24°的压缩拐角激波与湍流边界层相互干扰进行了研究。采用回收/调节方法作为入口湍流生成技术,并在超声速平板湍流边界层上进行了验证。采用涡识别方法和数值纹影图等流动显示方法,研究了干扰区内激波与边界层相互干扰的结构变化特征。通过对比分析湍动能和雷诺正应力在不同流向位置的分布规律,研究表明:经过激波干扰后湍动能主要集中在边界层的外层,并在拐角附近形成一个低湍动能区;雷诺正应力流向分量和法向分量在边界层内的分布呈现为单峰结构,而展向分量呈现为双峰结构。运用间歇因子对分离激波的大尺度流向运动进行研究,发现激波围绕着平均分离点作前后运动,运动的尺度等于进口湍流边界层厚度的72%。证实了拐角下游G?rtler流向涡对的存在,并对其展向分布和空间演化特性进行了详细研究。

自适应网格技术中的权函数问题研究

利用两个具有解析解的算例研究利用变分原理的自适应网格技术.结果表明,对运动激波算例,权函数考虑二阶导数项比考虑梯度项能更有效地减小误差;对气旋锋生算例,仅以梯度作为权函数亦不能提高精度,考虑速度场、锋生函数分布的权函数能更合理地安排网格.

旋转冲压发动机冲压压缩分析

旋转冲压发动机是一种没有叶片和活塞的基于冲压压缩技术的新概念发动机,气体的压缩主要是通过运动激波压缩来完成,通过对运动激波压缩过程的理论分析并与发动机冲压转子盘腔冷态流场进行数值模拟结果进行对比,印证了旋转冲压发动机中运动激波压缩假设的正确性．计算结果同时表明,旋转冲压发动机中的运动激波压缩效果和性能良好．

典型工况下旋转爆震发动机进气道流动特性研究

为了分析旋转爆震发动机燃烧室高频超高压周向压力脉动对进气道扩张段流动特征的影响,采用三维定常/非定常数值仿真方法对旋转爆震发动机进气道扩张段流动特性开展研究。研究结果表明:受下游燃烧室旋转爆震波影响,扩张段内存在呈螺旋状向上游传播的运动激波;运动激波向上游传播过程中强度衰减、传播速度下降,激波形态由类正激波向类斜激波演化,运动激波逐步向驻激波演变,运动激波/边界层干扰诱发的回流区逐步向波前扩展,波面坐标系下波前亚声区相对厚度逐渐增大;与定常反压状态相比,旋转爆震工作状态进气道出口静温、总温较高,总压较低。

在学科发展过程中培养高层次人才

在学科发展过程中培养高层次人才韩肇元尹协振中国科学技术大学力学和机械工程系激波研究实验室在党的改革开放政策指导下，经过十余年来不断摸索，不懈努力，在培养跨世纪、高层次人才的同时，学科本身也得到发展。在学科发展中，我们坚持创新、坚持积极参与国际交流、坚...