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1.
《浙江大学学报(A卷英文版)》2019,(9)
目的:燃料和氧化剂的快速掺混是发展超燃冲压发动机的关键技术。本文使用等离子体合成射流对超声速混合层进行增强混合,采用实验的方法获得等离子体合成射流扰动后超声速混合层的精细结构,并研究在超声速混合层中等离子体合成射流增强混合的特性。创新点:1.使用纳米平面激光散射技术(NPLS)获取在超声速混合层中由等离子体合成射流诱导的大尺度涡结构;2.分析由等离子体合成射流诱导的大尺度涡结构的演化过程。方法:1.使用信号源发生器实现纳米平面激光散射/粒子图像测速(NPLS/PIV)和脉冲电源的时序控制,从而实现NPLS对等离子体合成射流诱导的大尺度涡结构的捕捉,以及得到PIV获取流场的速度分布;2.获得不同位置截面和不同延时时刻的流场精细结构,并分析等离子体合成射流增强混合的特性;3.对NPLS结果提取湍流边界,计算湍流的混合层的厚度和分形维数。结论:1.等离子体合成射流可以对超声速混合层产生较大的扰动,展向方向扰动范围超过8D;2.等离子体合成射流可以增加混合层的厚度;3.等离子体合成射流的扰动无法进一步提高充分发展的超声速混合层的分形维数。 相似文献
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〖JP2〗现有商业计算软件对燃烧室内的燃烧流场进行计算时存在精度不高、非开源、不可扩展等问题,难以满足工程设计需要。在前期完成冷态雾化模拟基础上,开发了基于开源计算平台OpenFOAM的燃油雾化燃烧求解系统,构建〖JP〗大涡求解器,对加州大学伯克利分校测量的液雾两相燃烧实验进行了数值模拟。通过计算得出液滴温度维持在350K左右,表明模拟效果较符合燃烧流场温度变化,系统能较好地展示湍流燃烧流动的反应特性,符合工程研究需要。 相似文献
3.
《浙江大学学报(A卷英文版)》2020,(8)
目的:通过在喷孔上游安装涡流发生器(VG)来研究超声速横向射流(JISC)的流动特性。采用纳米粒子平面激光散射(NPLS)和空间粒子图像测速(SPIV)技术对流场进行观测,并设计三种工况进行对比实验,以研究横向射流的流动特性。创新点:1.采用NPLS和SPIV为实验观测手段,定量化地研究涡流发生器对超声速来流的穿透深度和横向扩散的影响;2.根据实验观测结果展示涡流发生器与横向射流相互作用的流场特性,揭示涡流发生器的混合增强机理。方法:1.采用NPLS流场进行观测,获得瞬态流场灰度图(图6、7和10～12),并分析不同观测平面的瞬态流场结构;2.基于瞬态流场灰度图,通过边缘检测和统计分析方法,提取射流穿透深度和横向扩散边界(图14),并对涡流发生器的混合增强效果进行分析;3.采用SPIV技术对流场进行观测,获得多个观测截面的平均速度场,并根据速度场计算涡量场(图8、11和15),揭示射流流向涡的涡量分布。结论:1.在设计的三个实验工况中,CASE0是横向射流基本工况;与CASE0相比,CASE1中的VG在喷孔附近的羽流两侧产生了两个诱导涡,在形态上形成了一个耳朵形涡结构;CASE2中VG尾流的间歇性大尺度涡对射流迎风侧的诱导涡起主导作用,产生了一个大尺度流向涡。2.与CASE0相比,CASE1中射流的穿透深度和横向扩散边界分别增加了8.5%和17.0%,而CASE2中的穿透深度和横向扩散边界分别增加了26.2%和0.5%;因此,在CASE2中,穿透深度的增加更显著,而横向扩散没有明显改善,这与相互作用模式的涡结构特性有关。3.涡量分布表明,CASE1中存在一个复杂流向涡系统,且VG的尾流在射流反转旋涡对(CVP)的内侧形成了一对诱导涡,而在CASE0中,诱导涡应该在CVP的下方。4.根据多个yoz截面的涡量场分布可以发现,VG促进了射流肾形涡的形成和发展。 相似文献
4.
《浙江大学学报(A卷英文版)》2016,(1)
目的:探索壁面凹腔诱导下的超声速混合增强机理,期望得到混合性能较好的燃料喷注策略。方法:提出两种壁面凹腔与横向射流的组合方式,采用数值模拟方法对其流场进行研究,并与纯横向射流流场细节进行对比。结论:1.由于凹腔上面剪切层与壁面横向射流的强烈交互作用,使得横向射流流场中产生的涡系结构被打破;相应地,当把凹腔置于喷孔上游时,亚声速区域面积更大;2.当把凹腔置于喷孔上游时,燃料的渗透深度更大,这样有利于超声速气流中燃料与空气的混合;3.新构型I的混合效率最高。凹腔上面剪切层与壁面横向射流之间的强烈交互作用对超声速气流中燃料的混合增强影响很大,这是超燃冲压发动机燃烧室构型优化的基石。 相似文献
5.
《浙江大学学报(A卷英文版)》2019,(8)
目的:船用螺旋桨性能评估中常用的雷诺平均方法(RANS)存在许多难题,特别是在处理边界层发展、尺度效应、翼尖和轮毂涡等复杂流动现象时。本文使用动态大涡模拟(DLES)、延迟分离涡模拟(DDES)和应力混合涡模拟(SBES)三种尺度解析模拟(SRS)方法,以提高流动特性预测的准确性。创新点:1.通过SRS方法详细地描述螺旋桨流场的不规则和多尺度湍流结构;2.通过粒子图像测速(PIV)试验,分析缩比螺旋桨的真实流场。方法:1.考虑叶片的周期分布和计算消耗,提取1/5的螺旋桨计算区域,并采用局部网格细化方法,获得分辨率足够高的网格模型(图1);通过仿真结果与已有试验数据的对比,验证SRS方法在螺旋桨性能预测方面的可行性与有效性(图3)。2.通过搭建PIV试验装置(图4),得到缩比螺旋桨在特定横截面上的速度和涡量分布情况下的尾流演变(图9和10),从而分析SRS方法对流场结构的捕捉能力。结论:1.通过定量和定性分析发现,SRS方法在预测特征参数和捕捉流场信息方面表现良好,特别是值得重点关注的SBES模型;2.作为一种可视化流场分析工具,PIV测量方法可以为螺旋桨等旋转机械的设计和性能改进提供一定的参考依据。 相似文献
6.
《浙江大学学报(A卷英文版)》2020,(10)
目的:液力缓速器高速运行时会产生气蚀侵蚀现象,进而对缓速器的缓速制动及平稳运行产生不利影响。本文旨在对液力缓速器的气蚀湍流场进行分析,探究气蚀侵蚀发生的原因,为进一步探究减轻气蚀侵蚀的措施提供理论基础。创新点:1.引入目前先进的尺度解析模拟方法来模拟湍流场,使湍流场数值计算结果更加真实;2.采用气液两相流模型和气蚀模型相结合的方法模拟气蚀现象,并通过流场中的气泡体积来衡量气蚀侵蚀程度。方法:1.采用不同的湍流模型解析液力缓速器四种转速下的湍流场,并通过比较流场结果得出不同湍流模型模拟流场的区别(图3～5和7);2.采用应力混合涡(SBES)模型模拟高转速下的气蚀流场,并提取流场处理结果来分析缓速器内部气泡体积的瞬态演变规律(图8和9);3.提取不同时刻的叶片温度来分析气蚀引起的能量变化(图12和13)。结论:1.在四大湍流模型中,SBES模型模拟湍流场涡旋的能力最强且提取出的制动转矩结果与实验值最接近;2.高转速下的气蚀侵蚀情况严重,流场中出现的气泡体积较大,并且,随着时间推移气泡体积累积对缓速器运行将产生不利影响。3.气蚀流场中出现的气泡会影响缓速器湍流场中的涡旋,并且影响缓速器的叶片温度变化。 相似文献
7.
目的：本文旨在探究带有均匀预旋速度的外部横流对转静系盘腔流动特性的影响,从而指导对真实发动机条件下涡轮盘腔流动特性的研究。创新点：1.采用壁面函数大涡模拟（WMLES）方法,获得了带有横流通道的转静系盘腔更为精细的流场结构;2.识别了盘腔轮缘处的开尔文-赫姆霍茨（K-H）不稳定性,并探究了K-H剪切涡结构对轮缘处流动特性的影响。方法：1.通过高精度大涡模拟方法,捕捉流场中的精细化流场结构。2.结合理论推导,通过对于流动结构的机理和动力学分析,探究外部横流和盘腔耦合流动特性。结论：1.由于雷诺平均（RANS）模拟对壁面小尺度涡结构和输运方程的解析能力不足,所以RANS模拟流场与WMLES模拟流场出现了明显偏差。2.在横流和盘腔流动的耦合作用下,由于轮缘处的速度剪切诱导产生K-H涡结构,所以这些涡结构将会加强轮缘处的外部入侵和盘腔出流流动。3.在外部入侵和盘腔出流的影响下,盘腔端区发现了大尺度流动结构;这些大尺度流动结构以一定的转速旋转,且其转速和数量可以通过快速傅里叶变换以及相关性分析确定。 相似文献
8.
《浙江大学学报(A卷英文版)》2020,(5)
目的:通过对新型高速磁浮车的绕流进行数值模拟,研究气动荷载、涡流及滑流的分布规律,为常导高速磁浮车的研发和应用奠定一定的气动基础。创新点:1.将可压缩流动理论及延时分离涡(IDDES)方法应用于高速磁浮车气动问题;2.通过数值模拟,首次揭示高速磁浮车诱发的涡流特性。方法:1.基于430 km/h的磁浮车气动试验数据,验证本文数值方法的可靠性,并建立三编组新型高速磁浮车的计算模型;2.采用IDDES方法对关键问题即湍流求解进行建模,以捕捉较为精细的流场结构;3.采用时均化和快速傅里叶变换等方法对流场数据进行后处理,以研究流场的时均和频率等特性。结论:1.新型高速磁浮车具有良好的气动性能,比如较小的阻力系数、合理的升力系数和分散性较好的气动力主频分布。2.在非流线型车身附近,两对反向旋转的大涡使得边界层明显增厚。3.高强度的涡流主要分布在裙板与轨道以及轨道与车底之间的狭小空间;在轨道与车底之间(除了靠近尾车鼻尖附近的区域),涡脱频域几乎不变,且涡强沿流向指数式增大。4.伴随着涡流的分裂及衍生,尾流具有复杂的、随机的频域分布特性。5.高速磁浮车产生的时均滑流具有5个典型的变化过程。 相似文献
9.
高频燃烧不稳定性单喷注器燃烧室常压燃烧的模拟实验依据相似理论在大气环境下进行.模拟燃烧室采用与实际燃烧室有相同声学频率的模拟件,喷注器采用实际尺寸喷注器,实验介质为高温富氧空气和蒸气煤油.п2=(po/pf)0.5(Qvo/qvf)作为确定性相似准则,п1=ν/(Lf)为被确定性相似准则.改变富氧空气流量,调节燃烧室声学振荡和燃烧脉动的相位关系,激励起燃烧室高频不稳定性燃烧.用同轴湍流射流混合流场的经验公式估算燃烧区的特征长度,通过相似准则和燃烧室热力学参数将实验结果换算到实际发动机工况.整套模拟实验系统包括煤油、空气和氧气供应系统,流量控制和测量系统,空气甲烷燃烧器,富氧空气和煤油换热器,模拟燃烧室和喷注器,实验参数采集和处理系统,冷却水供应及控制系统等.发动机实验表明,模拟实验系统和方法是可行的. 相似文献
10.
11.
《浙江大学学报(A卷英文版)》2020,(8)
目的:1.在模拟飞行马赫数4.0条件下,通过直连实验研究先锋氢当量比对煤油燃料冲压发动机点火及稳焰的影响;2.通过多种非接触光学测量手段研究超燃冲压发动机内燃烧流场的结构变化和火焰建立等动态过程。创新点:1.通过直连实验发现,适量提高先锋氢当量比有利于发动机点火,且先锋氢的存在是发动机稳燃的前提;2.得到了超燃发动机点火及燃烧不稳定特征的流场。方法:1.通过直连实验,得到监测点压力动态变化数据并对其进行分析(图4和5);2.通过光学测量手段,观测流场及火焰动态变化过程(图6～12)。结论:1.当先锋氢当量比为0.080时,煤油燃料超燃冲压发动机成功点火;当先锋氢当量比为0.040时,点火失败;当先锋氢关闭后,超燃冲压发动机熄火。2.煤油火焰主要集中于凹槽后缘斜坡且结构是非对称的;燃烧是不稳定的且伴随着反复的前后移动。 相似文献
12.
水射流在工业生产中广泛应用,具有重要的研究价值。本文采用数值模拟方法,使用CFD软件对水射流的流场进行了模拟和分析。研究对圆形喷管进行了简化,建立了二维轴对称模型,流体介质为甘油水溶液,湍流模型基于SST-SAS模型,并与实验结果进行对比。研究发现,k-ε湍流模型在冲击射流低雷诺数区域的模拟能力不足,而SAS湍流模型在不同位置处的计算值与实验值吻合良好,表明该模型可以很好地模拟低雷诺数区域的冲击射流流场,可以为下一步研究冲击射流中冲击高度、喷嘴形状、雷诺数等因素对流动特性的影响奠定了良好的工作基础。 相似文献
13.
《浙江大学学报(A卷英文版)》2017,(10)
目的:探讨作用于大跨度曲面屋盖非定常气动力的特性,为考虑非定常气动力影响的大跨度曲面屋盖抗风设计提供理论参考。创新点:1.采用强迫振动试验;2.采用大涡模拟(LES)流入脉动风的生成方法;3.研究大跨度曲面屋盖非定常气动力特性。方法:1.通过强迫振动风洞试验方法探讨风速、强迫振动振幅、屋盖的矢跨比和缩减频率对非定常气动力的影响;2.采用计算流体力学数值模拟重现风洞试验,从而在更宽的缩减频率范围内分析非定常气动力的特性,并且通过可视化流场的分析探讨风与屋盖相互作用的机理。结论:1.屋盖的振动对屋盖表面的风压分布影响较大。2.屋盖的振动可能抑制屋盖背风面漩涡的脱落。3.根据风洞试验和数值模拟的结果分析得到的矢跨比、风速和振动振幅对气动阻尼系数和气动刚度系数的影响较小;气动阻尼系数和气动刚度系数主要随着缩减频率的变化而变化。4.气动刚度系数为正值,使得结构的总刚度减小,从而减小结构的固有频率;气动阻尼系数为负值,使得结构总阻尼增加。5.风洞试验和LES模拟结果的一致性可以说明,LES是一个能够有效研究非定常气动力特性的数值模拟方法。 相似文献
14.
《浙江大学学报(A卷英文版)》2020,(9)
目的:采用层板发汗技术改善高超声速飞行器在攻角飞行时迎风面逆向射流的热防护性能。创新点:1.提出逆向射流与层板发汗组合热防护方案用于高超声速飞行器的热防护;2.采用层板发汗技术改进高超声速飞行器在大攻角飞行时热防护失效的不足。方法:1.设计逆向射流与层板发汗组合热防护钝头体模型(图1);2.通过数值计算方法对比逆向射流与层板发汗组合热防护在不同攻角飞行时的流场结构和激波特性(图6～8);3.通过数值计算方法获得逆向射流与层板发汗的组合热防护特性(图9～12)。结论:1.在攻角飞行时,来流与射流方向发生偏离,且迎风面的再压缩激波增强;2.随着攻角的增加,迎风面受热加剧,且当攻角增加到一定程度时,逆向射流热防护失效;3.采用组合热防护系统时,发汗流的引入可以改善再附区近壁面区域的热环境,从而减少壁面的热流。 相似文献
15.
《滨州学院学报》2020,(6):24-30
超燃冲压发动机喷管是发动机提供推力和升力的主要部件,因此对该流场流向涡特性的研究具有重要意义。采用计算流体力学软件运用数值模拟的方法对超燃冲压发动机喷管的三维流场做定常计算,得到了流场各个截面的流线图。结果表明:外喷管流场中的流向涡起源于喷管下壁面两侧,流向涡随着流动的发展涡的强度会逐渐减弱,且发现外喷管流场中上壁面两侧边缘附近流线开始出现弯折。这是由于此处存在边界层分离现象,该处流场的扰动会向下游传递,并在尾流中形成流向涡;尾流流场流向涡起源于上壁面尾部两侧,随着流动的发展流向涡的尺度逐渐增大,并且涡核有明显靠近的趋势,当两个流向涡边界发生接触时,涡核位置的变化不再明显。同时由于涡尺度的增大流向涡之间会发生挤压变形,但在一定长度内的尾流流场中流向涡不会发生相互卷并。 相似文献
16.
《浙江大学学报(A卷英文版)》2020,(10)
目的:超燃冲压发动机的点火过程是超声速燃烧领域的重要课题之一。目前,针对超燃冲压发动机燃烧室点火过程的研究以实验研究为主,数值研究则相对较少。本文旨在基于大涡模拟研究点火位置对点火过程的影响,并在此基础上分析导致点火失败的原因。创新点:1.基于大涡模拟,研究点火位置对点火过程建立的影响;2.发现了流动耗散和直接吹熄两种熄火模式。方法:1.基于CHEMKIN,选择合适的化学反应机理;2.在简化化学反应机理的基础上,利用大涡模拟研究不同点火位置对点火过程的影响;3.分析数值仿真数据,寻找能成功实现点火的点火位置,并探讨导致点火失败的因素。结论:1.在凹腔后缘处点火可以成功实现发动机点火;2.发现了两种点火失败的模式,即流动耗散模式和直接吹熄模式;3.流动耗散模式主要发生在凹腔前缘和凹腔中部,而直接吹熄模式主要发生在剪切层中。 相似文献
17.
《浙江大学学报(A卷英文版)》2018,(12)
目的:针对流体机械数值模拟过程中雷诺时均应力(RANS)方法占据主导地位但预测精度较低且缺乏对流场信息准确描述的现状,提出应用尺度解析模拟(SRS)方法来改进性能的预测精度以及加深对流动结构的理解。创新点:1.利用SRS方法,降低RANS湍流模型的选择困难,实现性能精准预测;2.建立全流道网格计算模型,充分展现单流道间瞬时流动信息的差异。方法:1.通过较少的网格划分及周期计算,对具有简单循环圆和平面叶片的液力偶合器进行计算,并与试验数据进行对比,初步筛选出较为适合的湍流模型(图6),进而在模型更为复杂、流动更加多变的液力缓速器和液力变矩器性能预测中进行验证(图15和21);2.通过对复杂的瞬态流动现象的清晰捕捉,深入展示3种液力元件的内部流动机理(图9、10、16、17、22和23),并评估SRS方法相较RANS方法在流动结构描述方面的先进性(图7和8)。结论:1.在液力偶合器、液力缓速器和液力变矩器等液力流体机械的计算流体动力学(CFD)模拟中,SRS方法可以提高性能预测精度并提供更为细致的流场信息;2. SRS方法中的混合RANS/LES(大涡模拟)模型在液力元件流场计算中的预测准确度、流场结构描述及计算成本等方面表现出色,尤其是BSLSBESDSL模型值得重点关注和发展;3.为了进一步验证SRS方法的实用性,可以在模拟中考虑工作介质物理属性的影响,细化网格并对气液两相流动及边界层流动进行详细计算。 相似文献
18.
目的：高速列车作为高速地面交通工具,不可避免地会遇到地面效应问题。地面效应模拟一直是高速列车风洞试验的技术难点。地面效应现象的准确模拟对高速列车空气动力学和气动噪声的预测精度有很大的影响。通过对比4种地面模拟系统（GSS）的流声场结果,研究不同GSS对流场结构、气动声源和远场辐射噪声特性的影响规律,为高速列车声学风洞试验提供指导。创新点：1.搭建高速列车地面模拟系统,模拟不同边界条件;2.明确轮对旋转与地面滑移对高速列车气动噪声幅值的相对增量及影响频率范围。方法：1.在仿真系统中建立“移动地面+旋转轮对”、“静止地面+旋转轮对”、“移动地面+静止轮对”和“静止地面+静止轮对”四种地面模拟系统;2.采用大涡模拟和旋度声学积分方程,对高速列车的流声场结果进行模拟;3.通过对比4种GSS的流声场结果,研究不同GSS对流场结构、气动声源和远场辐射噪声特性的影响规律。结论：1.移动地面和旋转轮对是影响列车底部气动声学性能的主要因素;2.旋转轮对对整车等效声源功率的影响不大于5%,且移动地面对整车等效声源功率的影响大于15%;3.旋转轮对对整车辐射声压级的平均影响为0.3d BA,且运动地面对整车... 相似文献
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针对燃烧加热地面试验设备存在的工质污染问题,采用数值模拟方法研究了燃烧加热污染空气对氢燃料超燃冲压发动机性能的影响。以飞行马赫数Ma=6.5,当量油气比ER=0.6为计算基准状态,分别对纯净空气和污染空气来流下氢燃料超燃冲压发动机的整机流场和性能进行了对比计算分析。燃烧化学反应模拟采用了改进的H2/O2七组分八方程模型,湍流模型为标准的 k-ε模型,并采用直连式燃烧室试验数据进行了数值方法的验证。研究结果表明:(1)相对于纯净空气来流,污染空气来流下的超燃冲压发动机推力和比冲均有所下降。(2)采用酒精燃烧加热器的前提下,来流参数匹配静温、静压、马赫数时,发动机性能与纯净空气来流下的结果最为接近,而匹配总温、总压、马赫数时相差最大。(3)来流参数匹配总焓、静压、马赫数的前提下,采用氢燃烧加热器时发动机性能与纯净空气来流下的结果最为接近,而采用甲烷燃烧加热器时相差最大。 相似文献
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目的：受空气物理参数变化影响,低温下列车周围的流场特性与常温时存在差异。本文旨在对高速列车在低运行温度下的空气动力学性能及流场特性变化研究予以补充,探究低温对列车周围流场、列车风及列车尾流等方面的影响,以提高高速列车的抗高寒性能。创新点：1.将气体参数设置为低温环境,探究列车相比常温下的气动性能及周围流场的变化。2.对比不同低温环境,探究不同程度低温对列车气动特性的影响。方法：1.通过基于SSTk-ω湍流模型的IDDES数值计算方法对高速列车在雷诺数约为1.85×106的条件下低温运行的流动特性进行仿真。2.依托后处理软件对不同温度下列车气动阻力、表面压力分布、车身周围流动及尾流等进行分析。3.将结果进行比对,得出不同程度低温对列车气动特性的影响。结论：1.低温显著增加列车气动阻力;相比常温环境,0℃、-15℃及-30℃时的气动阻力分别增加了5.3%、11.0%和17.4%。2.低温会增强车体周围的正负压力场,进而提高冲击流及流速快速变化区域的正负压力峰值。3.低温时,列车风的作用范围缩小,涡量分布区域后移,而转向架舱内的气流流速增加。4.低温时,列车的尾流速度降... 相似文献