Modeling of ionospheric scintillation at low-latitude

The presence and movement of plasma density fluctuations in the F-region of the ionosphere are studied by monitoring phase and amplitude of radio waves propagating through the region. In this paper, we have used weak scattering theory and assumed the plasma density fluctuations to behave like phase changing diffraction screen. Appropriate relations for scintillation index S₄, and phase variance δ? are derived and computed for different parameters of the plasma density irregularities of the ionosphere. SROSS-C2 satellite in situ measurements of plasma density fluctuations, which provide direct information about the structure and morphology of irregularities that are responsible for scintillation of radio waves, were used first time to develop a scintillation model for low latitude. It is observed that the scintillation index S₄ and phase variance δ? depends on the strength of the plasma turbulence. Finally, the results obtained from modeling are compared and discussed with the available recent results.     

不同雷诺数下翼型气动特性及层流分离现象演化

低雷诺数下空气黏性效应突出,翼型表面普遍存在层流分离现象,相比常规雷诺数情况气动特性显著恶化。采用带预处理的Roe方法求解非定常可压缩Navier-Stokes方程的数值模拟技术和低雷诺数低湍流度风洞油流显示试验技术,对FX63-137翼型不同雷诺数下气动特性和流动结构展开深入研究。通过风洞油流显示试验可以清晰获得低雷诺数层流分离流动的两道油流汇集线。数值模拟结果表明其分别为时均化主分离线和二次分离线,两种结果定性定量均吻合较好,证明了本文的研究方法有效可靠;雷诺数从500 000降至20 000,翼型气动特性和层流分离流动结构均发生显著的变化,伴随阻力系数剧增和升力系数剧降,时均化流动结构从附体至出现经典的长层流分离泡,并最终演化为后缘层流分离泡,相应的两种分离泡的非定常流动结构也存在显著差异;对于阻力系数和升力系数而言,存在不同的临界雷诺数,因为导致阻力系数剧增的机理在于经典长层流分离泡的产生使翼型压差阻力大增,而造成升力系数剧降的主要原因在于后缘层流分离泡使得等效翼型后部弯度减小;非定常结果显示正是由于翼型表面漩涡周期性的生成与脱落,才造成了低雷诺数下升力系数的周期性波动。翼型上表面主分离涡即将脱落时,流线在后缘附近再附,升力系数达到峰值;而当流体从下表面向上卷起二次分离涡时,尾部流线大尺度分离,升力系数降至谷值。     

蝴蝶翼面形状对绕流结构的影响

蝴蝶的扑翼飞行因其相对翼展较大、扑翼频率低等特点引起广泛关注,尤其是具有越洋迁徙特性的蝴蝶更是备受瞩目。本文以天堂鸟翼凤蝶和黑脉金斑蝶这两种长距离迁徙蝴蝶作为研究原型,利用氢气泡流动显示技术研究这两种不同外形的蝴蝶翼面绕流结构随迎角的变化。在相同的实验条件下,两种模型翼面绕流均出现前缘涡、翼尖涡等流动结构,且绕流结构随迎角的变化趋势基本相同。但由于翼面外形的不同,两种模型在前缘涡的形态、强度及后翼面翼尖绕流结构等方面表现出一定的差异。     

平板上挡板前后涡核位置的测量

在水洞中用氢气泡法在平板上挡板前后的涡核位置进行了测量。本试验旨在确定挡板高度及其雷诺数对涡核装置的影响，结果表明，（ａ）对于单个挡板情况，涡核离开平板的高度和涡核与挡板的距离将随着挡板的高度增加而增加，但涡核的高度和距离与挡板高度的比例随挡板高度的增加而降低；（ｂ）对于两个挡板情况，挡板的高度和挡板之间的距离对涡核位置的影响是主要的。     

绕圆头回转体通气空化流型的实验研究

为了深入了解通气空化流动现象,利用高速全流场显示技术,对绕圆头回转体通气空化流型进行实验研究。结果表明,重力效应和通气量对通气空化的多相流流型起主要作用。定义了弗洛德数和通气率两个无量纲数,将绕圆头回转体通气空化分为5种多相流流型,即透明空泡、透明气弹、透明分层、水气混合以及半透明水气混合。流动参数对流型的影响分为2个阶段,即重力起主要作用阶段和重力效应不明显阶段。在重力起主要作用阶段,通气率一定时,随着弗洛德数的增大,附着弹体的空泡倾斜程度变小,弹体上表面的断裂空泡转变为贴着弹体壁面的稳定空泡;弗洛德数一定时,随着通气率的增大弹体上表面断裂空泡的尺度不断增大。在重力效应不明显阶段,通气率一定时,随着弗洛德数的增大,雷诺数变大,流场的湍流强度增大,空泡尾流区域水气交换的程度加剧;弗洛德数一定时,随着通气率的增大,通气空化数减小,绕弹体的云雾状空泡逐渐转变为透明空泡。最后,进一步分析了重力影响下透明空泡脱落的非定常过程,以及反向射流作用下云雾状空泡交替脱落的非定常过程。     

热膜测试技术在涡轮叶栅边界层测量中的应用

为了更加精确地测量附面层流动状态,并验证表面热膜测试技术的可靠性,利用表面热膜测量了低雷诺数定常来流条件下高负荷涡轮叶栅通道内叶片吸力面附面层的流动状态,并与表面静压实验测得结果进行对比。结果表明,利用表面热膜测得的准壁面剪切力以及相关的统计参数能够准确捕捉到附面层分离泡和转捩的位置,对于高负荷低压涡轮叶型附面层流动测量是可靠有效的。     

Near-wall topological patterns and flow structures over a simplified Danaus plexippus model

Studies on the high-lift mechanisms of butterfly gliding flights shed light on the design of the micro air vehicles. The flow field around a simplified Danaus plexippus model is investigated using the hydrogen bubble visualization and the Particle Image Velocimetry (PIV) techniques. There are three near-wall topological patterns with different Angles of Attack (AoAs): the separation bubble, the Leading-Edge Vortex (LEV) and the high AoAs flow. For the separation bubble pattern, two saddles and two foci form in the middle of the model. The features of the LEV pattern are the leading-edge separation lines. The topological characteristics of the separation lines are changed by the interaction between the LEV and the Wing-Tip Vortex (WTV). For the high AoAs flow pattern, four unstable foci are found at the forewing and the hindwing respectively. The angle between the trajectory of the WTV and the model increases with increasing AoA even though the slope of the WTV angle versus AoA curve declines at the moderate AoAs.     

展向离散抽吸法控制边界层转捩实验研究

通过实验成功发展了一种生成大振幅稳定条带的有效方法,即展向离散抽吸方法。在此基础上,开展条带控制边界层转捩的研究。实验在水洞中进行,以零压力梯度平板边界层为研究对象,利用氢气泡时间线法观测引入条带前后人工激发转捩边界层中扰动发展变化,分析条带对转捩的控制效果及参数影响。结果表明,展向离散抽吸方法生成的稳定条带最大振幅可达28.4%U（U为自由流速度）;实验中引入的宽度14和28mm的稳定条带都能起到抑制转捩的作用;条带振幅越大、宽度越窄,抑制效果越明显。研究结果为探索降低水/空气中航行器摩阻的新技术提供有价值的参考。     

导弹水下点火的流体动力研究

对轴对称导弹水下点火这一非线性瞬态流动提出以下数学模型及求解方法。水流场假设为理想不可压势流,用边界积分方程法求解;喷管中的燃气流动按准一维非定常无粘完全气体流动处理,用逆步有限差分格式的特征线法求解;喷入水中的燃气流采用简化的等压泡模型,用Euler-Lagrange方法模拟气泡的演化。按照时间步进方法实现了水、气流动和物体运动的数值耦合求解。数值实验结果反映出导弹水下点火时水气流动的一些重要特性。     

挂滴燃烧中的微汽泡行为和液滴跳动

利用高速显微摄像技术,观察研究了RP-3微尺度挂滴燃烧过程中,微汽泡的核化、生长、聚并和溢出的行为过程及液滴跳动现象.结果得出:①液滴中微汽泡产生的位置;②在蒸发初期时由微汽泡引起液滴体积的膨胀;③在燃烧中由汽泡行为导致液滴的跳动;④液滴燃烧的稳定(不爆裂)现象.分析了表面张力在挂滴燃烧过程中的作用,确定了挂滴稳定燃烧的临界条件下的临界特征体积在2.5~5.0μL.