等矩形截面S弯管道中三元可压紊流的半抛物型控制方程及数值计算

本文对等矩形截面S形弯管中的高亚音速三元紊流流场进行了数值分析,对瞬态N—S方程进行了质量加权平均处理。并认为所研究的气流流动具有半抛物型气流的性质。本研究还把文[1]使用的不可压流的k—ε二方程紊流模型发展成可压缩流的紊流模型。数值计算得到的沿程壁面静压分布、出口总压恢复系数分布及三元速度场分布均与实验数据相当吻合。结果表明,本文提出的考虑压缩性的数学模型和计算方法适用于处理高亚音速流动,具有一定的应用价值。这预示着,数值方法可发展为研究S形复杂管道中高亚音速三元流动的一个手段。     

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。     

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。     

大攻角下S弯进气道内气流的动特性

本文给出了横截面形状由矩形圆滑过渡到圆形的S弯进气扩压管道在0°～80°进气攻角下出口截面总压动态信号与进口气流脉动的关系,内容包括进、出口气流动态信号的基本性质及其联合性质,以及出口总压脉动的均方根值随攻角变化的规律。研究结果表明,进气攻角增大时,出口总压脉动的均方根值先增大后降低;进气攻角大于20°后,出口总压与进口气流脉动有相关作用,其中以60°攻角时相关作用最强;S弯管道内的旋流对出口总压脉动最大的位置及它与进口气流脉动相关最强的位置有决定性的影响。     

椭圆截面喷管排气辐射热流数值分析

本文对直升机红外抑制器椭圆截面喷管排气的辐射热流进行数值分析,并预估排气温度分布速度和燃气成分分布对辐射热流的影响。为了正确计算辐射热流,本文采用六热流辐射模型来考虑尾焰对周围环境传热的影响。紊流模型采用修正的双方程k—ε模型。由于喷管出口截面为椭圆形,因此排气为三元自由射流,控制方程为抛物型偏微分方程,可采用前进积分求解。计算结果与试验结果基本一致,说明本计算方法是可行的。     

基于五孔探针的大S弯进气道总压畸变测量与评估

进气道总压畸变的测量与评定是进气道/发动机一体化的重要内容。大S弯进气道具备出色的隐身性能,但其出口流场非常复杂,传统总压测量方法造成的误差显著增大,进而引起总压畸变评估误差,阻碍进/发一体化设计。为了提高大S弯进气道的总压畸变测量与评估的准确性,本文提出了一套基于五孔探针的测量方法。分析测量结果表明:分区拟合方法更能适应大S弯进气道强旋流场的总压数据处理;随着马赫数从0.2增加到0.6,周向总压畸变指数从0.005左右递增到0.09左右,径向总压畸变指数最大不超过0.055,马赫数越大,总压畸变越剧烈,周向总压畸变占据主导;出口截面主要总压畸变区的总压恢复系数最低不到0.85;相比数值计算、总压耙测量,五孔探针测得结果更加全面、合理。     

后加载正弯静叶栅气动性能试验研究

在环形叶栅低速风洞中采用扇形叶栅对某型超临界汽轮机高压级静叶栅进行了吹风试验.在0°、±10°冲角下测量气动参数沿叶高和节距的分布以及静压系数沿叶型的分布.试验结果表明:在叶片设计中采用"后部加载"叶型并与正弯叶片合理匹配,显著降低了叶型与二次流损失,获得了沿叶高气动参数分布比较均匀的出口气流.     

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。     

异形排气管的热态气动试验

在发动机活动试车台上，对全尺寸的从环形过渡到腰果形的发动机排气量，进行了热态的出口压力和温度分布测试，实验结果表明，排气管出口截面的上部存在有严重的低压区，出现气流倒流的现象，产生的原因是由于发动机排气管的上壁面的扩张角过大造成的，排气管出口夫面温度由上向下不断提高，上部因受冷气倒流的影响，温度只有９０℃左右，而对应排气管环形部分直接排出燃气，由于未受冷空气的掺混，使出口截面下半的气流最调达度４２     

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.     

二元超音速进气道进气口内流动的动态特性及相干分析

本文着重研究起飞状态下二元超音速进气道进气口内气流流动的动态特性。实验结果表明,在唇口分离区再附着点下游的靠近唇口壁面和在几何喉道下游邻近的通道截面中部,各有一个强的气流总压脉动区,其最大紊流度达0.0825;而平均紊流度约为0.06。若对唇口内侧分离流采取有效的控制,紊流度峰值大大下降,平均紊流度由0.06降为0.032～0.031(在截面)。文中还就进气口内气流的总压信号与几何喉道附近气流的总压作了较为详细的相干分析。指出,在对唇口分离流采取有效措施之后,可以明显地改善其相干性。     

梯形截面微管道内流场的PIV测量

利用micro-PIV系统测量了去离子水在水力直径为237μm,长度为31mm的梯形截面微管道内的流场结构,得到了不同雷诺数下沿流动方向不同位置微管道中间截面上的速度分布,并利用数值模拟方法计算了相应雷诺数下三维梯形截面微管道内的速度分布。实验结果和数值模拟结果显示实验中的梯形截面微管道内从层流到湍流的转捩发生在Re=1500～1800左右,实验中充分发展段长度Le。微管道水力直径Dk和雷诺数之间的关系可由公式Le／Dk=（0．08～0．085）船表示。     

一种可利用部分冲压的直升机进气道流场特性实验研究(英文)

针对可利用部分冲压、带前输出轴直升机进气道结构特点 ,实验研究了在侧滑角从 0～ 1 35°状态下的直升机进气道流场特性 ,分析了沿程静压分布、进气道出口截面流场畸变指数、总压恢复系数等进气道性能参数。研究表明 ,该类进气道在各种侧滑状态下总压恢复系数较高。当侧滑角大于 90°时总压恢复系数随着来流速度的增加而减小 ;进气道内气流分离的区域和出口截面流场畸变指数与侧滑角和来流速度的大小有关。其中在侧滑角小于 90°时 ,进气道出口截面流场品质较好。当侧滑角大于90°时 ,随着来流速度或侧滑角的增加出口流场迅速恶化     

前掠翼低速风洞实验及气动布局分析

本文介绍了某型飞机前掠翼气动布局的低速风洞实验结果。实验表明,前掠翼有较好的气动特性,翼梢小翼可提高前掠翼的升力及升阻比,近距耦合的鸭翼对改善前掠翼的翼根气流分离有显著效果,前掠翼翼根填块所形成的W形机翼与鸭翼的配合可得到较好的气动特性。同时,本文利用面涡法对相同几何参数的前、后掠翼进行了载荷计算,结果与实验值较吻合。计算表明,前掠翼比后掠翼更接近最佳载荷分布,应用跨超音速面积律计算有鸭翼的前掠翼组合体,其轴向截面分布较易接近最佳当量分布,因而零升波阻显著减小。     

跨声速风洞翼型实验洞壁状态的鉴定方法

本文叙述了利用近洞壁处实测的两排静压分布,在不同马赫数和零迎角条件下,对沿轴向分段可变开闭比斜孔壁状态的鉴定方法。计算用小扰动压力方程,鉴定结果与实验分析一致。用两排实测近洞壁处静压分布对洞壁状态做鉴定计算,主要优点是不涉及模型附近的复杂流场,可以采用简单的数学模型;不需要实验模型的描述; 便于向三元推广。     

串列叶栅粘性紊流流场有限分析数值研究

本文将近年发展起来的有限分析方法(Finite Analytic Method)用于曲线坐标系上紊流N-S方程的数值计算。计算了来流雷诺数为2.0×10~5,气流攻角分别为0°,10°,-10°三种情况的二维粘性紊流串列叶栅流场。文中用k—ε紊流模型模化紊流,以壁面函数方法处理近壁区流动参数。数值计算结果与实验结果相比较,吻合程度令人满意。     

高超声速风洞扩压器试验研究与分析

扩压器是高超声速风洞的关键部件,主要作用是提高出口气流的静压。在某高超声速风洞扩压器上布点测量壁面静压和近壁面皮托压力,并在出口布置尖劈测量出口气流参数,评估扩压器的性能。结果表明:扩压器内的核心流区由于存在逐步衰减的激波-膨胀波系,使气流出现“减速-加速-再减速-再加速”的流动过程;该扩压器能保证风洞正常启动以及试验段流场不受背压的影响;该扩压器的效率与国外类似风洞扩压器效率相当,前室总压较低时,扩压器能起到良好的减速增压的效果,前室总压较高时,扩压器增压效果不明显,扩压器出口气流马赫数偏高。     

“大涡破碎”的紊流减阻实验研究

本文对当今国外曾提出的紊流表面摩擦减阻新概念——“大涡破碎”(LEBU)进行了初步的风洞实验探索。将具有对称流线型剖面的二元小肋,沿垂直于气流的方向安置在平板表面的紊流附面层内某一高度处,收到了不同程度的减阻效果。实验中分别考察了小肋的安置位置L,安置高度H,迎角θ及相对厚度b等参数对减阻效果的不同影响。从紊流附面层涡结构的观点出发,提出紊流的“细化”作用是小肋对平扳减阻的根本原因,并认为改善紊流附面层的速度型是研究紊流减阻的一种手段。实验使用自制的高灵敏度摩擦天平,测得的减阻效果与Ludwieg—Tillman公式的计算结果基本一致。     

三维曲线坐标系N—S方程通用形式和数字解

运用张量分析理论，比较简捷地导出了三维任意曲线坐系上椭圆型Ｎ－Ｓ方程的通用形式。在对这些方程进行数值离散时，采用了有限控制体积的非交错风格设置，该算法双ＳＩＭＰＬＥ为基础，为了抑制压力振荡场的了出现，在压力修正方程中对压力梯度的离散附加一项１－δｘ的差分。作为算例，本文给出了三维９０°强曲率弯曲管道中气流的不可压缩紊流状态的数值计算结果，并与相关的实验数据进行了对比，结果是满意的。     

三维曲线坐标系N－S方程通用形式和数字解

运用张量分析理论，比较简捷地导出了三维任意曲线坐标系上椭圆型Ｎ－Ｓ方程的通用形式。在对这些方程进行数值离散时，采用了有限控制体积的非交错网格设置，该算法以ＳＩＭＰＬＥ为基础，为了抑制压力振荡场的出现，在压力修正方程中对压力梯度的离散附加一项１—δｘ的差分。作为算例，本文给出了三维９０°强曲率弯曲管道中气流的不可压缩紊流状态的数值计算结果，并与相关的实验数据进行了对比，结果是满意的。