非平衡电弧加热射流光谱学诊断方法：第一部分 氩射流

从一般意义上给出了非平衡电弧加热射流光谱学诊断方法和结果。表明非平衡亚声速电弧加热射流中心是ＬＴＥ的，沿径向形成一非平衡囊兜，囊兜的最深位置约在１／２射流半径处。     

超声速燃气射流驱动液柱平衡体实验研究

为了研究在低温寒冷工作条件下单兵火箭发射过程中声、光、焰、烟等缺陷的抑制方法，设计了将防冻液柱放置在发射筒尾管中作为平衡体的实验方案。实验中采用高速摄影系统观察了超声速燃气射流驱动防冻液柱在大气环境中的扩散过程，并利用压电式传感器测得了发射筒周围的冲击波超压值，对比了燃气驱动防冻液柱和液体水柱两种状态下射流流场的测试结果。实验结果表明，由于液体柱的阻碍作用，射流流场发展初期的径向发展速度相比于轴向发展速度更快。随着射流流场的逐渐发展，出现了Kelvin-Helmholtz不稳定效应。以防冻液柱为平衡体时，弹丸所获初速更高，由于防冻液气化潜热较高，相比于液体水气化时吸收了更多的燃气能量，降低了射流特征参数。通过与以液体水柱为平衡体的射流流场对比，发现以防冻液柱为平衡体时整个测点区域的噪声声压级峰值均有所降低，声压级降低了1.5 ~ 3.5dB，验证了此方案的可行性。     

高马赫数涡轮发动机射流预冷特性研究

射流预冷涡轮基发动机在高空高马赫数工作时对冷却水和液氧具有迫切的需求。本文以气液相变冷却机制为切入点，开展高空模拟试验进气预冷段内水-液氧射流冷却的数值分析，考虑真实雾滴颗粒运动的热力现象，基于欧拉-拉格朗日多相流方法解析气液两相热质传输过程，分析水-液氧混合射流对高马赫数涡轮发动机预冷段内流动及换热特性的影响规律。结果表明，水-液氧射流雾化蒸发的效果具有即时性，基于水雾-水蒸汽比热大和汽化焓高的特点，水雾浓度对主流总温降和总压恢复占主导性；而液氧浓度有利于降低湿空气的热流密度。在射流浓度2%-8%时，预冷段总压降系数为0.84%-1.27%，总温降系数范围为2.15%-15.12%，即温降范围为12.92K-90.89K。为平衡高空高马赫数时冷却水和液氧的需求，需控制水-液氧的射流比例，液氧射流量建议小于60%的总射流浓度。在“40%水-60%液氧”的射流比例时预冷段内流动和传热特性达到局部最优。在发动机物理转速不变时，射流冷却后预冷段内湿空气来流质量流量增幅0.22%-9.39%，其中空气和水蒸气含量的贡献份额分别约为71.8%和28.2%。因此，射流预冷有利于涡轮发动机在高马赫数时具有更高的加速度。     

应用S-A模型的自由射流和冲击射流数值模拟

为探索轴对称射流准确的数值模拟方法，根据可压缩的轴对称N-S方程，利用二阶精度的有限体积法对轴对称的自由射流和垂直冲击射流进行数值模拟。结果表明采用Spalart-Allmaras湍流模型，可很好描述射流流动。收缩喷嘴射流计算应从出口上游的内流开始，而不能在出口截面上给定声速条件。计算结果与实验吻合较好，所获得的喷嘴内外部流场的流动状况以及冲击射流参数分布，可用于优化喷嘴内部结构设计。     

基于燃气射流冷凝的氧路系统频率特性研究

基于热力学不平衡两流体六方程模型模拟了液氧煤油补燃循环发动机燃气射流在氧路系统泵间管路液氧流体中的冷凝过程，获得了燃气射流冷凝特征参数沿管路流向的分布规律。根据Rayleigh-Plesset方程和燃气射流特性建立了泵间管路燃气冷凝过程的传递函数模型，并与氧路管路、泵等组件模型联立求解，分析了发动机氧路系统频率特性。研究了在不同氧路入口压力和液氧温度边界条件下，泵间管路燃气射流冷凝过程对氧路系统频率特性的影响，仿真结果表明高入口压力和过冷液氧改变了射流气体的惯性和柔度，使得氧路系统特征频率增大。不同边界条件下发动机热试车结果表明，提高氧路入口压力或降低液氧温度使得氧路系统频率从8.3 Hz提高至11 Hz，与数值仿真结果一致，验证了泵间管燃气射流冷凝过程是影响氧路系统频率特性的重要环节。     

高温气体LTE模型参数计算方法及其在非平衡电弧射流状态诊断中的应用研究

运用统计力学的方法建立了高温氮氧氩混合气体LYE模型参数计算方法及标准程序(压力：10Pa～10^7Pa、温度：3000K～30000K)，这在国内是没有的。在此基础上，建立了高温气体LYE模型参数测量方法，对电弧等离子体射流的非平衡性质进行了检验，结果表明：电流80A、压力0．027MPa下，亚音速氩射流中心是LYE的，中心之外非平衡效应显著，偏离LYE、但是PLTE的，LYE温度与电子温度相差最大达3000K；电流70A、压力0．00149MPa下，超音速氩射流非平衡效应非常显著，LTE模型温度与电子温度相差最大达5000多K。     

低雷诺数自由翼斜出口合成射流分离流流动控制

采用斜出口合成射流对低雷诺数自由翼进行分离流主动流动控制,通过可视化机翼表面压力测试技术和粒子图像测速技术的同步测量,探究了合成射流对自由翼平衡迎角的提升效果及合成射流作用后自由翼迎角突跃的物理机制。实验结果表明:在低雷诺数来流条件下(Re=1.24×105),自由翼的最大平衡迎角仅为5°;合成射流控制下,最大平衡迎角增至16.8°。无控制状态下,当自由翼平衡迎角达到5°时,上翼面流动分离,处于分离区内的操纵舵面舵效降低。斜出口合成射流激励器在边界层内的能量注入,使自由翼上翼面分离流再附,提高了操纵舵效,促使自由翼迎角突跃,在较大的迎角下保持稳定。在斜出口合成射流激励器的作用下,自由翼可以配平在大迎角飞行状态,对于实现短距起降具有重要的意义。     

用LDA研究湍流射流的相似性

湍流射流是一种比较典型的剪切湍流流动,所以人们在研究淌流流动的一些基本特性时,常常愿意利用射流来进行;此外,射流在各种工程领域中又被广泛应用,所以对于射流流场的平均值及湍流值分布也是极感兴趣的。但是,一般的动量平衡积分关系或零方程方法都只能求得时均值流场,而且前者要利用截面参数分布的相似性,后者则必须在假设混合长度或涡粘性系数的分布时依靠至少一个经验常数。当利用一方程或二方     

合成射流激励器实现共轴射流掺混控制

对多排列合成射流激励器控制共轴射流掺混流场进行了详细的二维非定常数值模拟。结果表明,激励器的采用可以增强共轴射流的掺混效果;相邻合成射流产生涡对在孔口处经过相互耦合,形成了更强的旋涡对,并以一种新生合成射流作用周围流场;两排激励器较单排激励器相比,前者控制掺混能力更强,这主要是由于相邻合成射流比单个合成射流有着更显著作用力的缘故。     

内燃波转子热射流点火装置射流特性研究

为了将热射流点火更好地应用于内燃波转子,采用数值模拟的方法,针对所设计的热射流点火装置进行射流特性研究,分别研究了流量变化与喷管结构对热射流特性的影响。研究结果表明随着进口流量的增加,射流核心长度增加,而喷管出口面积减小并不能增加射流核心长度,如在进口流量为1.23g/s时,喷管直径小于7mm后射流核心长度急剧下降,但是喷管出口面积减小大幅度增加了射流动量。在相同位置特征截面上,核心区射流能量随质量变化呈线性分布,动量呈二次分布。     

用PIV技术测量自由射流瞬态流场

利用ＰＩＶ技术测量了射流流场，得到了自由射流核心区的瞬时速度场，并对实验结果刊物地分析总结。比较了射流出口雷诺数分别为２３００及３５００时流场的实验结果，在低雷诺数情况下，射流的边界层较薄，展向尺寸较小，随着出口雷诺数的增高，射流边界层明显增厚，展向尺寸也更快增大。     

超声速流动中横向射流流场的影响参数

采用高精度的Weighted ENO格式，结合两方程湍流模型，准确模拟了二次射流形成的干扰流场，详细地描述了平板上单股射流干扰流场和喷管扩张段二次射流干扰流场中的激波、流动分离和旋涡运动，同实验结果进行了比较。探讨了射流／主流总压比、射流宽度。以及射流与来流夹角对射流穿透深度、分离距离等影响，揭示了二次射流推力短量控制干扰流场的控制机理。     

黏性液体横向射流破碎机理

航空发动机中液体燃料雾化过程十分复杂，特别是雾化初始阶段，至今无法建立准确的雾化模型。本文利用线性不稳定性分析法研究均匀气场和二维剪切气场中，不同黏性液体横向射流破碎过程。在圆柱坐标系下，建立有黏液体横向射流色散方程，利用Muller法求解得到射流表面表面波的不稳定增长率随波数的变化情况。当来流为均匀气流时，考虑液体黏性影响，射流表面扰动波增长率的减小量与增长率的比值较不考虑黏性时的至少增大1 000倍。黏性对Kelvin-Helmholtz (K-H)和Rayleigh-Taylor (R-T)不稳定性均起到削弱作用，抑制了射流破碎，且表面波波数越多，黏性对破碎的抑制作用越强，但并不影响射流的不稳定波数范围。当黏性系数增大500倍时，表面波最大增长率降低80.37%,最佳波数减小40%,黏性力对表面波的抑制作用十分明显。横向来流为二维剪切气流时，横向气动力和剪切速度促进液体射流表面波生成进而产生破碎，而液体的表面张力和黏性力则会抑制表面波生成。液气动能比越大，气流剪切作用对射流不稳定性的影响越大，K-H不稳定性主导射流表面波的生成。进一步研究液体黏性对射流不稳定性的抑制作用，发现黏性...     

合成射流速度特性的实验研究

利用热线风速仪，测量了某受激扬声器产生的合成射流的速度大小。详细测量了频率、功率、波形、空间距离等对合成射流平均速度、最大速度的影响。测量结果表明，所研究的合成射流激励器能够产生很大的射流速度：平均速度与最大速度分别达到42．5m／s和117m／s。合成射流速度强烈依赖于激励频率，测得3个共振频率分别为750Hz，1600Hz和2700Hz，在偏离共振频率时合成射流速度迅速减弱。     

低温液体火箭燃烧室内射流雾化研究进展

从理论、实验和数值计算方面，阐述和总结了低温推进剂射流雾化的研究现状和进展。对射流雾化机理及形态进行了分类，重点从对比常温流体与低温流体射流雾化特征参数不同的角度，梳理了射流雾化方面的数值研究方法，并介绍了低温射流雾化的相关实验研究。结果表明:空气扰动破碎机理仍是最广为接受的理论，而超临界工况下射流雾化形态不符合现有的射流雾化分类；数值计算方法逐渐由流体体积法和水平集法向直接数值模拟转变，对闪蒸现象的建模是研究重难点之一；低温流体射流喷雾实验数据匮乏，需通过丰富测量手段，提高测量精度的途径获得完整、准确的实验数据。      

流体动力激励法控制射流结构的初步研究

在射流马赫数分别为０．２０６、０．３６１及０．８３１三种工况下，用环形卡门涡街激励射流。对３种不同几何参数的环形卡门涡街发生器，利用总压探针分别测定了激励前后射流速度的轴向分布和径向分布，得到了射流气动参数和涡街发生器几何参数对射流激励效果的影响。还利用单丝热线分别测定了激励前后射流边界层的紊流参数，结果表明，激励之后射流边界层的紊流脉动能量显著增加，这是射流激励后吸卷能力提高的内在动力。     

高度欠膨胀声速射流的自相似特性

构建了高压气体射流模型和高分辨率的计算网格，对喷压比（NPR）为5.60、流动雷诺数Re为105量级的高度欠膨胀射流进行了三维大涡模拟（LES）计算.讨论了时均的射流近场结构，发现大涡模拟成功捕捉到了高度欠膨胀射流近场的典型波系结构，并与文献结果吻合较好.研究着重定量考察流向速度和氮气质量分数的分布规律，以揭示高度欠膨胀射流的自相似特性.结果表明:在射流核心区之后，不同流向位置上流向速度和氮气质量分数沿径向的分布呈现出与亚声速射流类似的自相似特性.但射流流场开始呈现自相似的位置仍然为超声速，这是高度欠膨胀射流自相似特性的独有特征.提出了高斯拟合公式，在靠近和远离射流中心线的区域内均可较好地表征射流的自相似特性.此外，还考察了射流剪切层的发展特征，比较了计算得到的射流剪切层增长率与先前实验测量结果的差异，并分析了其中可能的原因.      

气动射流管阀舵机压力特征的研究

论文针对节流理论分析射流管阀压力特性时理论与试验相差较大的问题，用射流动力学原理分析了射流管阀工作过程，研究了节流理论在分析射流管阀时的适用条件，提出了用气流半径代替射流管内径的修正方法，给出了计算气流半径的公式，试验结果表明修正压力特性较好地反映了射流管阀的压力变化规律。     

二维射流的稳定性分析与流动控制

本文在绝对／对流不稳定性的理论框架下，对二维射流的稳定性进行了数值分析。研究表明射流流场各局部剖面是对流不稳定的，不会产生整体失稳，射流频率由流场中最大增长的不稳定频率确定。将一ＮＡＣＡ０１２翼型放置于射流势流核心区中，改变翼型的偏转角度θ，可使射流剪切层频率与翼型尾流频率发生共振，整个流场产生自激振荡，加强了射流与外界流场和混合，并使射流发生矢量偏转。     

亚声速矩形射流的噪声辐射特性和声源分布

基于射流噪声模拟试验台，对出口面积相同的圆形喷口及宽高比分别为1、1.5、2、10的矩形喷口亚声速射流的远场噪声辐射特性和噪声源分布位置进行了较为系统的研究。通过远场噪声测量，获得了不同宽高比矩形喷口在不同方位角平面的射流噪声频谱分布结果相对于圆形射流的差异，揭示了矩形射流潜在的降噪潜力。通过基于波束成形算法的传声器阵列，得到了矩形射流噪声源峰值位置随频率的变化情况，系统分析了射流速度、方位角、宽高比等参数对矩形射流噪声源分布的影响。射流速度和方位角对矩形射流噪声源分布的归一化结果影响很小，而宽高比对矩形射流噪声源分布有较大影响：随着矩形宽高比的增加，矩形射流低频段噪声源向上游偏移，高频段噪声源向下游偏移。