几种常用格式和湍流模型在高速流动中的适用性研究

针对高超声速飞行器中存在的强激波、激波/边界层干扰、分离、湍流等复杂流动现象,对比分析了当前计算流体力学中的主要空间离散格式及湍流模型,发现不同格式对强激波的分辨率基本相同,Roe和LDE(low diffusion E-CUSP(convective upwind split pressure))格式对摩擦因数和传热系数的模拟优于其他格式;S-A(Spalart-Allmaras)一方程湍流模型计算的摩擦因数比k-ωSST(shear stress transport)两方程湍流模型高10%左右,而后者预测的分离区约为前者的2倍,且分离点靠前.     

Ma5斜激波串动态特性实验研究

为加深对激波串动态特性的认识,进行了简单管道模型在Ma风洞中的实验研究,探讨了两种不同背压变化条件下斜激波串的流动结构和动态特性。背压的生成和控制通过模型尾部两块斜板的闭合运动实现。为了更好观察实验现象,实验过程中动态压力传感器和高速纹影实行同步采集。研究发现:随着背压升高,激波串逐渐前移,由对称形态发展为非对称形态,并持续整个移动过程。背压增加的速度对激波串前缘的前移速度没有影响。激波串在管道内的前移过程并不是一个恒定运动过程,而是存在有稳定前移和急剧前移两种状态,其特性与管道内流场结构、壁面压强分布、背压大小以及距离管道出口的距离等因素相关。在不同的背压条件下,管道内的斜激波串表现出不同的频谱特征,但在同一工况中,激波串区域内不同位置处壁面压强的频谱特性相似。在Case 1状态中,压强振荡主频为f512Hz在Case 2状态中,振荡主频为f578Hz次级频率约为f260Hz。两次实验的主频均大于Pipon.niau模型理论计算值,而Case 2中频率f和声学振荡频率相近。     

大膨胀比跨声速涡轮流动结构及损失的数值研究

为了揭示跨声速大膨胀比涡轮损失的主要特点和两种不同尾缘冷却方式对损失的影响,以典型大膨胀比跨声速涡轮和跨声速叶栅为研究对象开展了数值研究。研究发现大膨胀比跨声速涡轮的主要损失是叶型损失,占到总损失的65%左右,尾缘激波损失是叶型损失的主要来源。尾缘全劈缝冷气入射通过提高尾缘基压区基压来减少尾缘膨胀波对气流的加速程度,从而降低最高马赫数和激波损失,尾缘压力面劈缝冷气入射通过改变叶片尾缘压力面激波波系结构,使原来的一道激波变成两道或者两道以上的弱激波,从而减少激波损失。两种尾缘冷气方式都有利于降低大膨胀比跨声速涡轮激波损失,但压力面劈缝冷气入射方式效果更为明显。     

"X"布局高超声速倒置进气道激波与附面层干扰

采用标准k-ω SST湍流模型数值计算方法,针对二元高超声速倒置进气道激波与附面层严重的干扰现象,采用分流楔抑制激波与附面层干扰方法,对有无分流楔的进气道性能及流动机理特征进行了详细的研究。结果表明:采用分流楔的流动控制方法,有效抑制了激波/附面层产生的分离包对进气道内流动的干扰;提高倒置进气道的气动性能,进气道的总压恢复系数和流量捕获系数均有提高,计算模型的壁面总阻力系数得到一定程度的减小。数值计算结果表明,在分流楔尾迹中强剪切流动在一定程度上缓解了激波与附面层干扰的强度;在分流楔后缘存在稳定的横向涡,由于气流进入尾迹驻涡是来自附面层外的总压较高的高能流体,提高了附面层的抗逆压能力;由于尾迹驻涡的存在使得分离涡没有向弹体周向扩散,减小了阻力。该方法实现了对高超声速倒置进气道激波/附面层干扰的抑制,揭示了其抑制的机理。     

反射及绕射冲击波的生物效应研究

采用生物激波管内放置挡板，探讨弱冲击波的反射有绕射作用对生物效应的影响。结果表明反射激波超压明显增强，约为入射激波超压的３倍，并可引起动物肺和胃肠道损伤；绕射激波的一次激波超压明显降低，约为入射激波的１／３，二次激波与距挡板的距离有关，当距离为挡板高度的１／４和２倍时，超压低于入射激波，距离为挡板高度的１／２和１倍时，超压稍高于入射微波，提示该处激波有叠加现象，实验运行均未见明显内脏器官损伤。本研     

利用吸收光谱法测量激波风洞自由流中一氧化氮的含量

以空心阴极灯Te 灯作为光源,采用光学多道分析仪(OMA) ,首先在静态条件下,获得了Te 灯的透射光强随一氧化氮压强的变化曲线,计算出一氧化氮对Te 灯214nm 和225 .9nm 两条谱线的吸收系数。根据OMA 拍摄的氢氧爆轰驱动激波风洞喷管出口气流中一氧化氮γ带(A2  →X2 ∏跃迁) 对Te 灯的吸收光谱,确定了自由流中一氧化氮的最大含量     

气体自发光在高超声速流场显示中的应用

提出了利用高焓气体自发光作为高超声速流场显示的方法，介绍了在使用高焓运行的激波风洞中，对二维模型的高超声速绕流流场使用此种方法的初步结果，可观察到二维棱形柱的尾流和马赫波的相交。结果表明此种方法不需外加光源，对于结构限制无法设置透明部件的模型，无疑是简单可行的。     

激波过弯道绕山坡对三维物体的冲击效应研究

采用全息干涉技术在高速流态试验装置 (激波管 )上研究了激波过弯道绕山坡到达三维物体的整个过程的流场 ,还采用传感器压力测量技术对三维物体表面的压力分布进行了定量测量。结果表明 ,激波对三维物体与山坡的接合部、物体背风面及其拐角位置的影响是最大的 ;对于研究爆炸冲击波在复杂地形下对建筑物的冲击载荷有重要意义。     

测定电离复合速率常数的激波管方法

发展了测定电离复合速率常数的一种新的激波管方法。在这一方法中使用反射激波加热预混气体使之电离,相继用可控制的强稀疏波使之快速冷却,冷却速度很快,可达106K/s, 使之在冷却过程中,电离远离平衡态。用压电传感器和Langmuir 探针监测状态变化历程和离子浓度,并可获得过程中所有的状态参数。测定了NO e 电离复合速率常数。实验表明这一方法简易可靠     

JF—10氢氧爆轰驱动激波风洞自由流的测量和诊断

针对ＪＦ－１０氢氧爆轰驱动风洞动行的高焓高速状态，采用吸收光谱技术、皮托压力瞬态测量技术、电离探针等的测试方法，测量了自由流中一氧化氮的含量和离子浓度、皮托压力及其沿喷管出口半径方向的分布。并根据以上各项测量结果判断了自由流的非平衡程度。