基于自适应线性调频小波的多孔孔板气液两相流动态差压信号的时频分析研究

气液两相流在流动过程中表现出非平稳的特性,简单的频域分析或时域分析方法不能很好地分析信号的波动特性,所以引入了时频联合分析方法。时频分析能看到气液两相流差压信号的能量强度和密度的分布,通过多次实验发现泡状流时能量主要分布在10~35Hz 的高频段内,能量强度小;弹状流时能量主要集中分布在0~5Hz 低频段和10~35Hz 高频带内,能量明显增大;塞状流时能量主要集中分布在0~5Hz 低频段内,能量强度是3种流型中最大的。为了研究气液两相流的动态特性,通过多孔孔板流量计在水平管气液两相流中采集得到不同流型的差压信号,采用自适应线性调频小波时频分析方法分析动态差压信号。具体步骤:首先分析信号的分解次数,残余的信号能量低于总信号能量的10%,即可认为被完全分解,对分解后的结果进行分析,得到不同流型的时频分布特征,具有很高的时频分辨率,时频谱图中显示出不同流型分量信号的时频分布特征;然后从时频谱图中提取3个特征值建立三维散点图,图中显示了信号特征值和流型之间的关系,并通过散点图分析不同特征值对气液两相流中信号的流型的影响,达到流型识别的目的。Chirplet 变换具有较高的时频分辨率,能消除噪声的干扰,信号的瞬时频率信息可以清楚地显示出来。     

基于EE MD气液两相流差压信号时频分析

为研究气液两相流流动过程的动态特性,采用V形内锥作为测量装置,通过高频差压变送器获得不同流型下的动态信号,提出了一种基于总体平均经验模式分解(EEMD)的气液两相流时频分析方法。通过对不同流型下的气液两相流的差压信号进行分析,研究了气液两相流的流动机理,为气液两相流流型及流量的准确测量奠定理论基础。分析发现EEMD的抗混分解能力很好,可以准确地提取两相流差压信号的频率成分及其时变情况,为今后两相流的识别提供理论基础,具有较高的工程应用价值。     

暂冲式风洞大开角扩散段性能的实验研究

布置有多层孔板(丝网)的大开角扩散段通过参数的优化设计,可有效缩短暂冲式风洞启动时间,均匀进入稳定段的气流速度,并降低阀后噪声和气流脉动.针对某大型暂冲式风洞大开角扩散段设计关键技术开展专题研究,设计并进行了不同扩散段扩开角角度和中心体分流锥型式的组合实验,从压力损失、出口截面速度分布和降噪特性三个方面进行了对比分析.试验结果表明:试验件45°扩开角+65°平底锥的压力损失相对最小,而增加导流尾锥的中心分流锥由于底部难以形成稳态的分离涡使得其压力损失明显偏大,其它试验件组合的压力损失值则相接近;各试验件出口截面的速压分布均呈现以中轴线对称分布的双驼峰趋势,且孔板的开孔率偏高时出口剖面速度分布相对更平滑;试验马赫数下的大开角段对气流噪声的消声量约为12~14dB,对频率在2kHz以上的气流噪声具有相对较强的消声能力,同时气流经过设置有多层孔板的大开角扩散段后,气流波动幅值明显降低,气流脉动得到有效地抑制.     

曲外锥乘波前体进气道低马赫数段实验研究

为了研究新型一体化曲外锥乘波前体进气道在低马赫数端的自起动、抗反压特性及侧滑对性能的影响，基于几何约束及钝度修型的实用化风洞实验模型，采用进气道节流系统，在来流马赫数3.0、3.5和4.0，迎角-4°~6°范围内，不同堵锥位置状态下获得了一体化曲外锥乘波前体进气道的表面压力分布及流场高清纹影。实验结果表明，实验模型在来流马赫数3.5和4.0时具备自起动能力；在0°迎角，来流马赫数3.5和4.0，最大抗反压能力分别约为24和33倍来流压力；侧滑角对一体化曲外锥乘波前体进气道的流量捕获和流动压缩性能影响相对较弱。曲外锥乘波前体进气道具有同超燃冲压燃烧室、高超声速飞行器进行一体化设计的特性。     

双锥流量计气水两相流流量测量实验研究

设计了等效内径比分别为0.424、0.586的双锥流量计，并采用该流量计在多相流实验装置上开展了气水两相流参数测量实验研究。通过对双锥流量计上的差压波动信号时间序列进行分析，采用其特征值建立气水两相流分相含率测量模型；在分相流模型的基础上，通过分析准气相流量比和Lockhart-Martinelli常数的关系建立气水两相流流量测量模型。在多相流实验装置上进行了气水两相流参数测量系列实验，结果表明在实验范围内，所建立的体积含气率测量模型测量相对误差在5%以内；气液两相流总流量和液相流量测量误差在6%以内。气相流量的测量结果表明，在以空气和水为介质、干度很小的工况下，气相流量的测量相对误差明显大于总流量和液相流量的相对误差。     

多孔探针系统误差分析

以不可压流场的Bernoulli方程和势流理论为出发点详细推导了多孔探针的基本测量原理并获得了相应的数学模型,从而将具有不同头部(如球体、圆锥体)、不同孔数(如3、5、7乃至18孔)的各种类型多孔探针纳入到相同的数学模型之下,为系统分析各类探针提供了条件.通过分析推导过程,得出了多孔探针测量数学模型成立的4个基本约束条件.在实际测量过程中若偏离这4个基本条件必然会在测量结果中引入系统误差.将由此引入的系统误差分别归纳为:数学模型误差、制造误差以及使用误差,并逐个进行了详细的分析.同时,还以较为常用的七孔探针为例,采用计算流体力学软件对以上3种情况造成的误差进行了定量计算.根据以上分析和计算结果,为实际应用中选择合适类型的探针、确定使用条件、评估测量系统误差给出了详细的建议.     

NPLS流场测量技术在高超声速风洞中纳米粒子跟随性数值仿真

从描述粒子运动的微观层次出发，采用双向耦合技术，建立了一种适用于稀薄条件下两相流动的DSMC数值模拟方法。对相间相互作用进行解耦处理，实现了气固两相间动量和能量相互作用的模拟。采用基于DSMC方法的稀薄两相流双向耦合算法，对NPLS测量技术高超声速流场测量中纳米粒子的跟随性进行了数值研究。通过Φ50nmTiO₂粒子在不同高超声速流场条件下气相-纳米粒子两相流场的仿真，表明在稀薄度很小的流场中，纳米粒子的跟随性很好。而随着流场稀薄度增加，流场中纳米粒子的跟随性降低，纳米粒子在流场中的分布与气相流场分布差异变大，通过NPLS测量得到的激光散射信号不能反映流场结构。     

基于加权式多模型结构的歼击机自适应重构控制

针对复杂的歼击机飞控系统,提出一种基于多模型结构的鲁棒自适应控制方法,使得系统可以在不同的运行环境下跟踪给定的信号,并且对飞机操纵面故障具有重构作用.首先,由多个线性模型和一个模糊模型构成多模型控制结构,采用模糊方法设计多模型自适应控制器中的权值系数,再引入动态结构自适应神经网络以保证系统的稳定性,故避免了模型切换引起的噪声.最后,对歼击机进行正常和故障状态下的控制仿真,结果验证了所提控制方法的有效性.     

非平稳脉动压力数据的SPWVD时频分析技术研究

对于高速风洞中进行的非定常流动脉动压力实验,由于传统的Fourier变换无法表示脉动压力频谱特性随时间的变化规律,因此必须借助时频分析工具进行数据处理.根据非定常流动脉动压力信号的特点,通过对几种时频分析方法进行理论分析与比较,确定Smooth Pseudo Wigner-Ville Distribution(SPWVD)方法是比较合适的分析工具.通过对实验数据进行处理,发现SPWVD具有较好的时频聚集性,能够有效地消除二次型分布固有的交叉项干扰;基于SPWVD的时频分析技术能够刻画出某实验舱门开闭过程中脉动压力的能量密度、瞬时功率以及能量谱密度随时间、频率的分布特性与动态变化;在流场参数发生改变时,SPWVD能够正确地反映出脉动压力特性随流动形态的变化.     

基于现场总线和智能变送器的风洞气流参数测量系统研制

准确测量来流雷诺数对于研究一些对雷诺数变化敏感的流动现象十分重要,为了得到较为准确雷诺数需要测量来流速度、温度和环境大气压等气流参数.本研究基于带Hart通信协议的智能变送器以及数字式振筒气压仪,在低速风洞中实现了一套简单实用的气流参数采集系统.其中,主机和差压、温度变送器之间通过Hart适配器相连接,并通过串口以Hart协议实现通信;而数字式振筒气压仪与计算机之间则直接通过串口实现通信.在系统开发过程中对Hart协议进行了解析和测试.在该系统气流参数采集的基础上,实现了来流雷诺数实时精确的计算,并对比了因温度和气压波动导致的雷诺数计算差异对旋成体大迎角雷诺数效应研究的影响,从而进一步说明了发展该系统的重要性.     

双锥流量计气液两相流流量测量模型研究

气液两相流广泛存在于化工、动力、炼油、油气开采与输送等领域,其参数的传感与测量是工业系统中难以回避的一个难题。提出一种双锥结构的新型差压式流量测量方法,设计并加工了直径比分别为0.5、0.6、0.7、0.8和0.9的双锥流量计,分析了不同直径比双锥流量计对单相介质的测量特性。以空气和水为介质,开展了水平管气液两相流流量测量实验研究。通过分析准气相流量比与 Lockhart-Martinelli 常数的关系,基于分相流理论建立了适合双锥流量计的两相流流量测量模型。实验结果表明,在不同直径比下准气相流量比与 Lockhart-Martinelli常数均具有优良的线性关系,流量测量模型对气液两相流总流量测量的误差可在6%以内。     

气液两相流压差波动信号的混沌特性及Volterra自适应短期预测研究

以空气和水为工质，在直径3.0 mm的水平圆管通道内进行压差波动信号实验研究。根据压差波动信号图及高速工业相机拍摄的流型图，结合相空间重构、Lyapunov指数判别法对压差波动信号进行混沌动力学分析，在其基础上对压差波动信号进行Volterra自适应短期预测。结果表明:混沌分析得到的吸引子图可以更准确地展现管道内气液两相流的流动特性；Volterra自适应短期预测模型可以有效地对管道内气液两相流的压差时间序列进行短期预测，对环状流、层状流、间歇流、段塞流的压差时间序列预测的相对误差分别为1.86%、0.71%、3.90%、2.49%。     

腹下后置大偏距S弯进气道气动特性试验研究

对一种腹下后置大偏距S弯进气道进行高速风洞试验研究,得到了该进气道的工作特性:(1)随着流量系数的增加,进气道出口总压恢复系数略有下降,稳态周向畸变指数、紊流度和综合畸变指数均上升;当流量系数较大或较小时,进气道出口气流总压脉动均存在局部峰值。(2)在试验研究范围内,来流马赫数和侧滑角的变化对进气道性能影响不大;随着迎角的增大,总压恢复系数有所上升,畸变指数有所下降。(3)进/发匹配点处,进气道出口气流总压脉动功率谱密度分布呈现白噪声特征,对进气道/发动机匹配工作是有利的。     

基于探针管路动态修正的压气机动态总压测试

为方便安全地获取压气机内部多点动态总压信号，采用气动探针将测点压力引出，并通过动态修正还原测点处的压力信号。利用爆破气球装置产生的向下阶跃输入信号和探针响应输出信号，辨识得到探针管路的离散传递函数模型，以此来修正测量信号，获得测点真实压力。所用标定方法能够实现1000Hz以内信号的动态修正，探针信号经过修正后能够消除相位延迟，且管路谐振效应对信号的放大作用显著减小。压气机动态总压测试结果表明:随着进气流量的减小，转子进口叶片通过频率信号幅值逐渐增大，静子出口宽频扰动增强，在近失速点宽频扰动最大；压气机突尖型旋转失速先兆首先出现在转子叶片前缘叶顶附近，而后向叶根方向迅速扩展，并形成全叶高范围的旋转失速团，完全发展的失速团传播速度约为30%转子转速。     

气液两相分层流剪切应力的不确定度分析

基于水平气液两相分层流的压力梯度、波状液层和气壁剪切应力实验数据,对两流体剪切应力进行不确定度计算,分析各不确定度分量对液壁和气液界面剪切应力结果的影响.由剪切应力可以直接计算分层流动量平衡方程的本构参数,对本构参数的关联作了合理的解释.气液界面剪切应力受液层高度和压力梯度的准确性影响较大,而液壁剪切应力却相反,和气液界面剪切应力最大程度相关.通过和实验数据对比发现,液壁摩擦因子无法像气壁摩擦因子那样可以用单相管流的指数型关系式来描述,而是应该结合气液界面摩擦因子建立一个基于两相各流体特征参数的有效关联式.     

新型双旋流燃烧室热声振荡的实验研究

对一新型双旋流燃烧室开展了实验测量,研究了燃烧状态参数2种变化过程对火焰热声振荡特性的影响（过程1:保持甲烷体积流量不变,当量比从0.900逐步减小至0.725再逐步增大至0.925;过程2:保持当量比为0.850不变,逐步增大预混气的体积流量）。结果表明:在该燃烧室中存在M型和V型2种火焰结构;在过程1中,随着当量比减小,火焰由不稳定的M型转变为稳定的V型,其后,随着当量比增大,又逐渐转变为M型,存在明显的滞环现象;在过程2中,仅在初始流量下存在明显的热声振荡现象,随着流量增大,火焰变得稳定;基于压力脉动信号的功率谱特性分析和相空间重构分析,发现该双旋流燃烧室内热声振荡主频率分布于400.0和256.0 Hz左右。     

用激波管驱动水喷雾

为了了解用激波管产生大流量水喷雾的流体力学原理,进行了实验研究。用可视化方法观察了管内两相流及所产生的喷雾的发展过程。用PVDF压力传感器测量了激波管内的压力波形。结果表明,水柱内的压力波明显地不同于空气中的压力波;水柱被经过加速后,其雾化形态发生了新的变化。     

采用长细管法进行脉动压力转捩探测的实验研究

为了简便地使用测量模型表面脉动压力特征的方法探测边界层转捩位置,需要研究脉动压力传感器接在传统测压模型外的适用性,即通过长细管将模型表面的脉动压力信号传递到脉动压力传感器上的方式是否可得到转捩的特征信号。首先采用信号发生器驱动扬声器,在无风条件下,测量了长细管对不同频率声压信号的传递损失情况。证明了所采用的长细管系统具有合适的工作频带。然后在西北工业大学NF-3低速风洞二元实验段、实验风速为30m/s的条件下,对弦长为800mm、展长为1.6m的翼型模型沿弦向进行了脉动压力信号测量,并通过改进的数据处理技术判断了模型表面的转捩位置。研究结果表明,采用长细管系统进行脉动压力方法转捩探测具有一定应用价值,值得进一步深入研究。