双路单喷口离心喷嘴的雾化特性实验研究

为满足燃气轮机喷嘴雾化质量的稳定性以及宽燃油调节范围的双重需求,提出一种双路单喷口离心喷嘴结构。利用高速摄影和马尔文仪,研究了喷嘴在三种供油模式下的流量特性和雾化特性（空气核芯、雾化锥角和索泰尔平均直径（SMD））。研究结果表明：双路单喷口离心喷嘴在双路同开时的总燃油流量小于主副油路单独供油时的燃油流量之和,且主副分路的流量占比保持不变。当主副油路旋流件的流道数均为4时,主副分路的流量占比为56.8%∶43.2%。与副油路单开相比,双路同开时的燃油流量最大提高了57.6%,雾化锥角减小了11%。与主油路单开相比,双路同开时的SMD在大流量工况下显著减小;将副油路旋流件流道数改为2时,主副分路的流量占比变为69.3%∶30.7%。流量占比的改变不会影响双路单喷口离心喷嘴在双路同开时的雾化锥角,但会影响喷雾的雾化粒径。副油路流量占比越高,双路同开时的雾化粒径越细,雾化性能越好。通过匹配双路单喷口离心喷嘴主副旋流件的结构参数,拓宽了燃油流量的调节范围,优化了高流量工况下的雾化锥角和雾化质量。     

带肋壁与出流孔内流通道的流阻特性

采用根据相似理论几何放大的模型,在流动相似的条件下,实验研究了带肋壁与出流孔内流通道的流阻特性。在内流通道进口雷诺数为40000-80000,通道总出流比为0．30—0．60的范围内测量了通道压力损失系数Cp的分布,分析了通道进口雷诺数和通道总出流比对Cp的影响规律。结果显示：在通道进口雷诺数一定时,随总出流比的提高,通道内Cp减小,压力损失减小;在通道总出流比一定时,通道进口雷诺数对Cp无显著影响。另外,在比较了当前内流通道流阻工程算法与实验结果的基础上,提出了对当前流阻算法的改进措施。     

双钟型喷管高度补偿特性的数值分析

针对双钟型喷管流场中存在的激波、激波与附面层相互作用、大尺度分离流动等复杂的物理现象,应用RNGκ-ε湍流模型封闭二维粘性可压缩N-S方程组,采用二阶迎风格式及隐式Gauss-Seidel迭代方法进行耦合求解,对双钟型喷管流场进行数值模拟研究。结果表明,双钟型喷管在低空出现壁面可控流动分离,避免了过膨胀现象,性能优于大面积比钟型喷管;在高空下为完全附着流动,性能优于小面积比钟型喷管,实现了高度补偿特性。     

高超声速进气道边界层强制转捩试验

最优增长扰动理论是近年来高超声速边界层非模态失稳现象研究中的主要理论之一,可被看作一种对非模态扰动增长的工程化估计。本文以高超声速钝楔边界层为研究对象,采用最优增长理论和二次失稳分析方法,对钝楔边界层的非模态失稳特性进行了研究。结果表明,在平楔面各个工况的有限计算域中无法找到不稳定模态扰动,非模态的最优增长扰动可获得较大的能量增益。研究还发现,最优扰动的能量增益随马赫数的增加逐渐减小,而壁面曲率对最优扰动的增长起促进作用。但是,由于不同曲率条件下对应的最大能量增长扰动的展向波数存在一定差异,因此变曲率的等熵压缩面不存在统一的变化规律。进一步,研究还采用非线性抛物化稳定性方程研究了零频率最优扰动的非线性演化,并以最优扰动形成的条纹边界层的二次稳定性为基本流,采用线性理论进行了二次失稳分析,发现最优增长扰动形成的条纹结构具有较强的二次失稳增长率,这有利于下游边界层转捩成湍流。该研究结果对设计高速飞行器前体进气道的强制转捩装置有一定参考意义。

     

主燃孔对旋流杯下游流场的影响

采用PDA（Phase Doppler Analyzer）测量系统对带双轴向旋流杯、主燃孔和冷却气流的模型燃烧室的主燃区流场（以下简称真实结构）进行了实验研究,测量了燃烧室内流场的特性,并与不带主燃孔和冷却气流的头部旋流杯（以下简称纯头部结构）的气流场进行了对比.发现真实结构燃烧室内的回流区不再是轴对称,主燃孔和二次气流的存在使回流区明显被压扁（最扁处的长轴约为短轴的1.6倍）;真实结构的回流区长度明显缩短,其长度L与旋流杯出口直径D的比值（L/D）约为1.3,而纯头部结构的L/D约为2.5.     

强激波-附面层干扰下的气流动态畸变研究

本文在一定附面层条件下,着重研究典型的强激波与紊流附面层干扰区下游扩压器出口的气流动态畸变,文中讨论了激波强度、扩压器壁面形状(直壁和曲壁)对动态畸变的影响.讨论了紊流度分布中四个峰值与相同截面上的总压沿高度分布的相互关系.最后对紊流度沿高度分布中的若干典型站的总压信号作功率谱密度和概率密度函数分析     

来流条件对叶片表面附面层转捩影响的数值模拟研究

通过对二维压气机叶栅叶片表面附面层流态的数值模拟分析,研究了在不同来流马赫数和冲角下,叶片表面层流附面层向紊流附面层的转捩过程,转捩区域的大小等。归纳分析了部分来流条件对转捩过程的影响机制。结果表明:来流马赫数和冲角对转捩起始点和结束点的位置,即转捩所占区域的大小有重要影响。研究工作取得的进展不仅为进一步从机理上深刻认识来流条件对叶片表面附面层流态的影响机理提供了一定的科学依据,而且对今后指导叶片表面附面层流态模似实验工作的开展具有重要参考价值。      

同轴离心式喷嘴噪声引发燃烧不稳定分析和预测

以氧化剂和燃料的混合比作为系统控制参数,研究同轴离心式喷嘴燃烧动力学过程。混合比增加和减少过程中,燃烧噪声和振荡燃烧状态间转变的混合比不同,说明系统出现了亚临界Hopf分叉现象,且在双稳定区内出现了燃烧噪声引发的振荡燃烧。利用临界慢化理论,分析3种表征参数:延迟为1自相关系数、方差和条件异方差（CH）对噪声引发不稳定的预警效果。结果表明:延迟为1自相关系数在噪声引发不稳定前出现明显的上升趋势且非随机现象,具有较可靠的指示作用。方差对噪声引发不稳定性的预示性较差。条件异方差在不稳定发生前振荡上升,可以作为辅助判断条件。基于Kendall秩相关系数趋势评估方法,提出一种在线预测噪声引发不稳定的判断准则,具有较好的适应性和可靠性。      

固体火箭发动机内流场研究的新动向

对固体火箭发动机内流场的研究作了总结性的回顾，并对近年业该研究领域的若干新动向作了介绍，即粒子沉积研究、基于非结构网格技术的内流场数值模拟、复杂内流场模拟试验、     

液体火箭发动机氧腔流动分析及均流板设计研究

采用Navier-Stokes方程数值模拟了某型火箭发动机推力室氧腔流动,计算分析了节流板表面的总、静压分布及其畸变指数。依据压力畸变提出了氧腔均流孔板改进方法,并通过多次分析-设计循环得到了新的均流板。最后对所设计的均流板进行了详细地计算分析和实验验证。分析和验证表明新设计的均流板使氧腔出口节流板表面压力畸变降低了30．4％,显著提高了氧腔压力均匀性,进而可以大大提高燃烧效率。