低雷诺数下机翼气动特性研究及控制

高空长航时无人飞行器(HALE UAV)由于飞行环境空气稀薄、雷诺数低导致其气动性能恶化,如何通过流动控制改善机翼低雷诺数气动性能受到越来越多的关注。在低速风洞中通过测力、测压和边界层测试等试验技术开展了NACA 633-421直机翼模型气动特性试验和流动控制研究。天平测力结果表明:随雷诺数降低(Re<1.4×10⁵)机翼气动特性迅速恶化;最大升力系数损失严重,失速迎角急剧降低;分析翼面压力分布结果显示,机翼表面产生层流分离泡(LSB),其长度变化、位置前移和最终发生破裂的发展过程是导致机翼低雷诺数气动性能恶化的主要原因。采用合成微射流(Micro-SJ)对翼面层流分离泡进行流动控制,失速迎角推迟了11°,机翼最大升力系数由0.59提升至1.10,最大升阻比增加了13.6%。合成微射流控制具有选频特性,驱动频率f=200~400 Hz的合成微射流控制效果最佳,更易促进分离剪切层提前转捩,形成湍流再附,使得层流分离泡长度缩短。     

甲烷-液氧超临界压力非预混湍流燃烧的数值模拟

基于雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方法和火焰面-反应进度变量湍流燃烧模型,在准确考虑热物性变化和详细化学反应机理的基础上,建立了适用于超临界压力非预混湍流燃烧的数值模型,开展了甲烷-液氧(LOx)超临界压力同轴喷射非预混湍流燃烧过程的数值模拟研究,着重探讨了推进剂混合比分别为1和3情况下超临界工作压力(6~15 MPa)对甲烷-液氧非预混湍流燃烧过程的影响。结果表明:不同混合比情况下压力对火焰温度和结构的影响会有显著的不同。在推进剂混合比为1时,随着压力的升高,火焰变得更长,且火焰温度升高;而在推进剂混合比为3时,随着压力的升高,火焰长度则会变短。在超临界压力下,火焰沿径向有突然的扩张现象(特别是在6 MPa压力下)。这主要与液氧物性在拟临界温度附近的突变所造成的拟沸腾现象有关,也会受到液氧喷射动量变化的影响。     

切头开缝预燃稳定器性能试验研究

本文研究平顶V型稳定器顶部开槽宽度对回流区结构、稳定器总压损失、稳定器表面油膜的蒸发系数、贫油富油熄火油气比、振荡燃烧和燃烧效率等的影响。本文还提出一个低频振荡燃烧的物理模型。     

燃烧室钝体火焰稳定器吹熄特性的数值分析

火焰稳定器吹熄特性的研究过去均采用实验方法并归纳出经验公式。本文通过计算燃烧流场的稳态临界点来逐步逼近非稳态吹熄极限,提出了一种数值方法来近似预测钝体火焰稳定器的吹熄特性。     

V型稳定器表面集油的研究

本文研究了燃油在V型火焰稳定器表面收集的过程,提出了利用V型收集档板测量燃油在稳定器表面收集量的试验新方法,分析了集油率与各变量之间的关系,并得出相应的经验公式。文章比较全面地考虑了影响燃油收集的因素,提出了以组份燃油边沿作定性轨迹的概念,计算了稳定器表面的燃油收集量,计算结果和试验结果比较吻合。     

气动雾化喷嘴强化湍流扩散的实验研究

用热线风速仪对气动雾化喷嘴出口的气相湍流速度场进行测量，得到了气流的脉动速度及旋涡尺度分布。用浓度测量仪测量了喷嘴出口液相浓度的分布。研究表明，湍流脉动对细小雾滴的扩散具有促进作用，而气流的大尺度旋涡对液滴扩散的作用更加明显。内气路采用径向射流型式，可以增大气流的旋涡尺度，加强对液滴的扰动，因此对喷雾浓度的均匀分布大有益处。     

离子镀TiN膜层扩散壁障作用的试验研究

利用离子镀方法在基体与耐热涂层之间予先沉积一层ＴｉＮ膜层，作为扩散壁障（中间阻挡层），进行了高温阻扩散试验研究，并应用光镜、电镜、Ｘ射线衍射仪及电子探针等手段对试样氧化区域进行了分析。结果表明，有ＴｉＮ中间层试样、其高温抗氧化性明显提高，ＴｉＮ层在一定温度范围内有良好的稳定性和阻扩散作用；在本试验范围内，ＴｉＮ中间层厚度增加阻扩散效果增强。     

B2-RuAl合金中原子扩散的第一原理计算

采用第一原理赝势平面波方法,计算B2-RuA l合金中Ru和A l在不同情况下的扩散,用扩散激活能有效地表述和研究其化学反应的难易。计算发现:在空位扩散时,A l原子要比Ru原子容易扩散,即Ru原子比A l原子更稳定一些;当考虑不同扩散浓度和周边原子影响的情况时,也是A l原子要比Ru原子容易扩散,但其扩散激活能不同,所以在对B2-RuA l合金的原子扩散能计算时,周边的原子影响较大,我们应该考虑模型的尺寸效应。而比较不同扩散浓度下的扩散激活能,高浓度的扩散要难于低浓度。     

碳基材料氧化烧蚀的快/慢反应动力学问题

在前期单/双平台问题研究的基础上[1],就学术上和工程应用中关注的碳在空气中燃烧的"快反应"和"慢反应"问题进行了深入分析,研究发现被广泛使用50余年的"慢反应"并不存在,而被弃置的"快反应"则真实存在,且具有重要的应用价值。采用"快反应"动力学数据,同时考虑CO、CO₂两个烧蚀产物,得到的无量纲烧蚀速率随温度的变化曲线存在两个平台,其中,温度稍低情况下出现的第一平台对应的主要烧蚀产物为CO₂,温度稍高情况下出现的第二平台对应的主要烧蚀产物为CO,且第一平台对应的无量纲烧蚀速率恰好是第二平台的1/2。过去常被忽略的CO₂扮演了重要角色,由它产生的第一平台,将以往文献中看似完全独立、毫无关系的"快反应"和"慢反应"曲线建立了联系。理论分析表明:第一平台之前的快速上升段属于从速率控制区到扩散控制区的过渡区,第一平台及其以后的区域都属于扩散控制区（包括两个平台之间的连接线）,它是由反应生成物CO与CO₂的分压比δ从0到∞的变化引起的,与表面化学反应动力学条件完全无关。由"双平台"理论得到的从低温到高温、由速率控制区经由过渡区到达扩散控制区的整条烧蚀速率曲线,与实验结果完全吻合。     

火焰面模型在超燃冲压发动机数值模拟中的应用

采用k-ω两方程湍流模型, 火焰面模型和质量加权平均的Navier-Stokes方程组解耦求解的方法,模拟了DLR氢燃料直连式超燃冲压发动机湍流燃烧流场,并与化学反应源项直接采用Arrhenius公式模拟及实验得到的结果进行对比,可以发现湍流脉动对化学反应的影响不能忽略.