进口速度分布对短突扩压器性能的影响

在任意曲线坐标系下,对环型燃烧室的三维流场进行了数值计算,研究了四种不同的进口速度分布对扩压器性能的影响。计算结果表明,进口速度大小和方向都对扩压器性能有重要影响,进口速度分布均匀以及方向贴近扩压器壁面,有利于提高扩压器的性能。计算中采用标准ｋ－ε双方程紊流模型,采用控制容积法进行离散,在非交错网格体系下用ＳＩＭＰＬＥ法求解     

二维通道内湍流边界层分离的实验研究

用激光多普勒技术测量了二维扩压器中不可压湍流边界层分离流动，得到了时均速度和雷诺剪应力分布。实验结果分析表明：以Ｃｏｌｅｓ速度律发展的Ｂａｒｄｉｎａ速度分布可以描述瞬时间歇分离点以前和瞬时间歇再附点以后的时均速度分布，但无法描述分离区的边界层速度型。Ｃｒｏｓｓ速度分布可描述分离区的边界层速度分布。Ｃｅｂｅｃｉ＆Ｓｍｉｔｈ涡粘性代数模型难以正确地描述分离边界层的雷诺剪应力。     

矩形截面S弯扩压器旋流的研究

本文给出了不同进口条件下矩形截面S弯扩压器内旋流场的实验研究结果。在实验中测量了扩压器进口和出口的横向流速分布。当改变扩压器进口高度方向的横向流速度时,在出口截面的横向流一般呈S形状,只是在进口高度方向横向流速度的平均值达到上游导流段平均速度的30％左右时,出口截面才出现单一的旋转流场。研究表明,扩压器出口截面的旋流系数与进口或第二弯出口截面上下壁面静压系数之差有一定的规律关系。这预示着S弯进气道中旋流的大小可以用很简单的静压系数进行监测。     

涡轴发动机燃烧室头部流场试验研究

对涡轴发动机短环直流燃烧室进行了突扩区和火焰筒头部间流场试验研究。采用ＬＤＶ多谱勒激光测速仪测量了燃烧室头部的时均速度场和各测量点的紊流强度，并绘制了流谱。通过对七种不同结构方案扩压器进行试验，研究了几何参数和前置扩压器出口气动参数变化对突扩区和火焰筒头部间速度场以及各点紊流强度、旋涡位置与大小的影响。通过流场分析找出各参数对燃烧室性能影响的规律。本试验结果可为涡轴燃烧室的优化设计提供可靠的有应用价值的试验依据。     

两种S形进气道模型中气流特性的比较

本文比较了两个不同S形亚音速进气管道模型的实验性能,模型A是一个平面S形扩压器,即其中心线仅在水平面内有偏距。模型B则是一个空间S形扩压器,它的中心线在水平和垂直两个方向有相同的偏距。所比较的性能包括沿流程的静压分布,出口截面总压场和旋流特性以及在大迎角下分离区再附点附近气流的功率频谱密度。结果表明,模型B中气流的特性比模型A要差,尤其在大迎角时,空间S形扩压器性能恶化严重得多。     

逆压力梯度下的自由流湍流度对湍流边界层特性的影响

本文对有逆压力梯度下的自由流湍流度对湍流边界层特性的影响做了较为仔细的测量,做了边界层内平均速度分布、壁面摩擦系数、压力梯度、边界层内三个方向脉动速度以及脉动总压的测量。试验结果指出:自由流湍流度的增加可大大削弱逆压力梯度对湍流边界层的不利影响,可使边界层速度分布饱满,尾迹强度减弱,从而延迟边界层分离。试验还首次得出自由流湍流度的增加可使边界层内的速度脉动和压力脉动分布均匀以及流动趋于稳定,因而可同时改善扩压器出口的静、动态特性。     

类水滴进口高超内收缩进气道参数化分析

基于马赫数分布规律可控的轴对称基准流场,使用流线追踪和截面渐变方法设计了进口截面形状非对称的类水滴形进口转圆形出口高超内收缩进气道,研究了设计参数横向位置d,纵向位置h和进口形状曲线参数a对性能的影响规律。在相同约束条件下对比了类水滴形进口进气道与常规矩形转圆、方形转圆进气道的性能差异。结果表明:在设计点,所研究的设计参数对类水滴进口进气道总体性能影响显著;在捕获面积和内收缩比相同的情况下,类水滴进口进气道综合性能明显优于常规矩形转圆、方形转圆进气道。     

PIV技术在前体非对称涡结构研究中的应用

介绍了北航D4风洞PIV系统的布置及具体实验方案,在此基础上实现了PIV技术在前体非对称涡流动结构研究中的应用.在迎角50°、Re=0.14×10~6~0.55×10~6时,对旋成体X/D=2和3.35截面流动结构进行研究.结果表明,随着Re数的增加截面上流动结构存在从非对称二涡向三涡发展的趋势;在亚临界区,旋涡对非对称压力分布的影响起主要作用;在临界起始发展区及临界区,边界层流动状态及其分离形态对非对称压力分布的影响起主要作用;前体非对称涡沿轴向由二涡向三涡的发展状态在临界起始发展区比亚临界区将向更上游的位置发生.     

涡流发生器在进气道亚音速扩压器附面层和流动控制中的应用

本文介绍了在进气道亚音速扩压器不分离情况下,使用同向旋转涡流发生器控制附面层和流场的特点。分析了当涡流发生器用于造成高低压区横向流动和减小二次流损失时,其涡片的安排和结构参数的选择原则。试验表明,对出口截面存在明显高低压区的进气道亚音扩压器,使用h/W(或h/H)=0.10,l/L=0.72,s/h=2.3～2.8,h/c=0.5等参数的同向旋转涡流发生器,总压恢复保持不下降或有所提高的情况下,不仅可以大大改善出口流场不均匀,而且总压脉动畸变也略有改善。     

环形燃烧室性能计算

在任意曲线坐标系下对包括扩压器和火焰筒在内的环形燃烧室三维两相反应流进行了数值模拟。燃烧室性能采用多维经验分析法估算所用的数学模型有 κ-ε,紊流模型 ,EBU -Arrhenius紊流燃烧室模型 ,六通量热辐射模型以及颗粒群轨道模型。在非交错网格体系下 ,气相采用 SIMPLE算法和液相采用 PSIC算法求解 ,通过两种工况和三种扩压器进口速度分布计算表明 ,所得的流场各气流参数分布和燃烧室性能较合理 ,本文所建立的程序可为燃烧室优化设计和研制提供有用数据。     

中弧线角度分布对跨音叶栅特性影响研究

中弧线角度分布形式对压气机叶片表面等熵马赫数分布具有重要的影响。为了对比不同压气机叶型的流动特征，采用数值模拟和平面叶栅试验相结合，对两种中弧线角度分布形式的跨音叶型在不同来流工况下的气动特性展开了详细研究。结果表明：在设计点，前加载配合均匀加载的中弧线角度分布叶型能够消除叶片吸力面的局部超音区，与前加载的中弧线角度分布叶型相比，叶片表面等熵马赫数分布更加饱满。其次，前加载配合均匀加载叶型能够推迟叶片吸力面的涡层失稳，减弱了吸力面分离涡与端壁分离涡的耦合作用，进而改善了端区的流动状况，截面平均总压损失系数降低了8.2%。最后，对非设计工况下两种中弧线角度分布的气动特性进行了分析，随着来流马赫数的降低，两种中弧线角度分布叶型的损失差异逐渐减小，均具有较优的气动性能。来流速度对叶片表面等熵马赫数、损失分布和分离面形状特征影响较小，仅影响叶片表面等熵马赫数和损失数值大小。     

进气道尾涡的实验研究

本文对进气道的尾涡进行了定量的实验研究。试验在美国麻省理工学院莱特兄弟风洞中进行。进气道气流速度与风速之比为22。用五孔探针详细地测量了沿两个矩形回路的气流速度向量以获得速度环量。所得的结果表明沿回路的角度分布与速度分布是合理的。并由此得到了环量(为1.39米~2/秒)和涡心的位置。由两回路的大小以及[3]中的压力分布推断尾涡系具有片状结构,但大部份涡度则集中在尾涡涡核附近。这样就直接地确切地证明了进口涡-尾涡体系的存在,并为定量地证明进口涡尾涡系形成的机理提供了有力的依据。     

双层壁扩压器波瓣喷管引射掺混流动的实验研究

为得到双层壁扩压器与波瓣组合的引射混合效果 ,用七孔探针测试了流动的速度场和压力场 ,借助进口流量管、维辛斯基型面收敛段和笛形动压管测出了主次流的流量。结果表明 :波瓣除了引射次流之外 ,在双层壁之间还引射了环境气流 ;扩压角小于 1 0°,引射流量比的理论值与试验值符合较好 ,扩压角增大引射流比和双层壁间的引射流量比都增大 ;扩压角大于 1 0°时 ,扩压角增大引射流量比和双层壁间的引射流量比下降 ,而理论计算的引射流量比却增大。此外 ,还获得了主次流截面比、主流速度等参数对引射流量比、双层壁间引射流量比和流动速度分布的影响结果。     

单头部燃烧室流场PIV试验测量

航空发动机燃烧室内流场结构直接影响燃油雾化、油气掺混以及燃烧性能,本文采用粒子图像速度仪(Particle image velocimetry,PIV)对某单头部基准燃烧室内的冷态流场和燃烧流场分别进行了试验测量。在冷态流场试验中,研究了进口空气流量变化对燃烧室内的流场结构、回流区尺寸大小变化的影响规律;而燃烧流场试验测量分别研究了进口空气流量和油气比变化对燃烧流场结构的影响。试验结果表明:由于下壁面中间主燃孔进气射流的强烈影响与挤压,导致旋流器出口处横向截面上的旋转气流不是一个完整的旋流气流;燃烧流场与冷态流场相比,其流场结构基本相似,但中心回流区宽度稍变瘦,随着油气比的增大,中心回流区逐渐变瘦,宽度变窄;随着油气比的增加,轴向速度逐渐变大、回流负速度变大;燃烧流场测量中,在燃烧室头部较好地捕捉到喷嘴喷出的油雾锥上油珠的速度大小。     

超声速/高超声速风洞试验段结构形式对流场性能的影响研究

通过求解轴对称 N-S 方程,对Φ1 m 高超声速风洞马赫数3和6状态下的流场进行了模拟,计算结果与试验数据基本一致,验证了所用数值方法的可信性。在此基础上,对比研究了马赫数3和6状态下采用闭口等直圆截面和开口自由射流两种试验段结构形式的超声速/高超声速风洞在起动条件下的稳态流场性能。结果表明:采用闭口等直圆截面试验段和开口自由射流试验段的流场均匀区内速度场性能指标均满足相关标准要求;马赫数3喷管采用闭口试验段时,沿风洞轴向-300mm~900mm 截面范围内的流场均匀区直径均保持在Φ882mm 以上,均匀区面积较开口试验段增加了约31.57%;马赫数6喷管采用闭口试验段时,均匀区面积比开口试验段仅增加了约8.24%,流场品质略为提高。超声速条件下,闭口试验段的流场均匀区增加明显;但在高超声速条件下,闭口试验段的流场均匀区增加比较有限。     

短突扩扩压器压力特性的数值研究

短突扩扩压器的性能好坏直接影响到短环燃烧室的总体性能 ,压力特性是扩压器性能最重要的衡量指标。为了进一步深入地研究 ,采用三维数值模拟的方法 ,探讨了短突扩扩压器前置扩压器进口马赫数、突扩角和突扩间隙等参数与压力损失间的变化关系 ,并与试验结果进行了比较。计算结果表明 :在本研究的参数范围内 ,总压损失随进口马赫数的增大而变大 ;存在有最佳的内外环突扩角的组合 (βi=40～ 45°,βo=40～ 5 0°)及相对突扩间隙 (δ=1 .48～ 1 .9) ,使得总压损失系数 σ*最小。数值模拟的结果与试验相比 ,其变化规律是相同的 ,最小总压损失系数所对应的各结构和流动参数的范围与试验也是一致的。     

7A09铝合金厚板搅拌摩擦焊接头显微组织与性能研究

通过对7A09铝合金的搅拌摩擦焊试验,分析讨论了接头的显微组织和力学性能。试验结果表明:焊核区为细小的等轴晶组织,且焊接速度和搅拌头旋转速度对晶粒的大小有影响;焊接热循环对接头析出相的分布有较大影响;接头显微硬度呈W型分布,热影响区软化趋势最明显;当搅拌头旋转速度和焊接速度匹配适当时,拉伸试样的断裂位置在热影响区,接头的抗拉强度可达到母材的78%。     

高超声速低密度风洞带中心锥型扩压器性能研究

扩压器是超/高超声速风洞的关键部件之一,直接影响风洞运行的费效比。然而,对于高超声速低密度风洞而言,试验运行参数范围大、试验气体密度又相对较低,常规的"收缩段-等直段-扩张段"的扩压器结构扩压作用不明显。提出一种带中心锥型扩压器新结构,并在Φ300 mm高超声速低密度风洞中进行扩压性能试验。研究了M16喷管小流量稀薄状态和M8喷管大流量近连续流状态下带中心锥型扩压器的扩压性能,同时,分析了试验段模型对扩压器扩压能力的影响。结果表明带中心锥结构的扩压器适用的风洞运行参数范围更广、扩压性能更优,能有效提高设备试验能力,可为高超声速风洞扩压器设计提供参考。     

倾斜与水平管内汽液两相流动沿程流型的研究

本文在文[1]的基础上,考虑当角度变化时受重力的影响后,在同一截面上的汽液两相分布不对称的特点,采用在管内配置三根平行并可同步移动的电导探针,对沿程各截面的“流型”进行测定。实验结果证明这种方法是可行的,且与计算结果相符合。本文还通过对大量实验数据的处理,得出饱和沸腾起始点Z_B与环状流起始点Z_N的经验公式,研究结果对于高温涡轮叶片液冷和其他动力工程中有关汽液两相流动与传热的设计与应用有重要的参考价值。     

燃机排气装置扩压器的设计和试验研究

本文对燃机排气装置扩压器进行了试验研究。针对一个正在使用中的排气装置,测定其原型的性能,而后在原型外壳尺寸一定的条件下,采用本文所推荐的两种形式的燃机轴径式扩压器型面设计方法,一种为等角扩压器,一种为带中间收敛的扩压器,并进行了试验验证。试验结果表明,采用所提出的方法设计的扩压器性能较好,能显著改善排气装置的性能。但由于受到原扩压器外壳尺寸的限制,上述两种扩压器设计方法的优越性未能得到充分发挥,文中只能作相对比较。本文所推荐的燃机排气扩压器的设计方法对工程应用具有实际参考价值。