弧形涡流发生器对湍流相干结构及强化换热的影响

涡流发生器是一种常见的被动强化换热元件,因高性价比而受到广泛应用。本文针对带有弧形涡流发生器的方形管道,采用高时间分辨率粒子图像测速（Time-Resolved Particle Image Velocimetry, TRPIV）技术和大涡模拟（Large Eddy Simulation, LES）方法,研究了涡流发生器诱导的湍流相干结构特征及其对涡流发生器强化换热的影响。实验分析表明,湍流特征量统计图捕捉到了发卡涡涡腿和低速条带的印记。利用涡旋辨识准则提取了发卡涡和反向旋转的准流向涡对（Counter-rotating quasi-streamwise Vortices Pair, CVP）,两者在弧形涡流发生器诱导的流场中共存且相互作用,随着涡旋结构演变与发展,其展向尺度不断增大。为研究湍流相干结构与强化换热的关系,通过数值模拟分析了湍流相干结构与温度梯度的空间分布情况,发现两者的分布具有良好的区域一致性,反映了湍流相干结构对强化换热的影响与控制。对比安装弧形涡流发生器前后的壁面平均努塞尔数,发现平均努塞尔数大幅提升,最大提升20%左右,且其沿流向的变化趋势与湍流相干结构的发展演化一致。

     

采用RANS/LES混合方法研究分离流动

采用结合湍流模式和大涡模拟(LES)的混合方法数值模拟Aerospatial A-profile翼型以及细长椭球体大迎角分离流动.该类混合方法比较适于模拟分离流动:近壁区附体流动采用湍流模式,而远离物面分离区域内的大尺度运动则用LES方法.通过计算和实验结果的对比,混合方法切实可行并具有很大的发展潜力.     

稳定分层湍流的PIV实验研究

在自行建立分层湍流实验装置的基础上,进行了一系列分层湍流的实验研究,运用激光诱导荧光(LIF)流动显示技术和PIV流场测量技术,定性研究了剪切和分层对湍流混合和湍流结构的影响.实验结果发现:剪切促进湍流混合,稳定分层抑制湍流混合,而且分层使得混合层内的湍流结构变得扁平和细长,同时还发现了混合层内涡旋的拉伸、合并、扭曲和变形等复杂的流动现象,特别是发现了其中的旋转涡对和反旋转涡对以及对湍流输运起重要作用的手指状结构.     

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.     

逆压梯度转捩边界层流动结构显示

采用氢气泡时间线方法,对逆压梯度条件下人工激发平板边界层转捩过程中扰动的发展和演化特性进行观测,其中引入计数器技术实现对不同位置的平面图及侧面图的流动显示结果在同一相位条件下进行分析.除了T-S波和发卡涡等典型的流动结构,试验结果还揭示出转捩过程中二次发卡涡的再生、展向多个发卡涡的出现以及流动破裂等重要现象的细节和机制.     

结构随机跳变系统的自举滤波方法

针对在结构随机跳变系统的滤波中存在的“基础结构失真”问题,提出了一种对系统结构的非线性、系统状态和噪声的分布形式不再限制的滤波新方法。并就该方法的性能同目前广泛应用的滤波方法做了仿真比较,仿真结果证实了该方法的有效性及其优良性能。     

开口风洞剪切层流场特性

给出了开口风洞剪切层厚度简化计算公式,开展了数值计算,研究了扩散率和偏移量参数对剪切层速度剖面的影响;分别在两座开口风洞中开展了实验研究,得到了剪切层速度剖面、剪切层厚度、湍流强度和湍流功率谱的变化规律,并将理论结果与实验结果进行了对比分析,结果表明:离开喷口一定距离后,剪切层的轴向速度剖面强自相似,而横向速度剖面弱自相似;剪切层的厚度沿流向位置线性增长;湍流强度值在射流核心区较小且基本稳定,在剪切层区域快速增加;剪切层湍流功率谱为宽带谱,没有与周期性旋涡脱落相关的谱峰。     

飞机结构作战生存力设计要素与评估研究

飞机结构作战生存力是影响飞机综合作战效能的关键因素,飞机结构的生存力设计对提高飞机的作战能力、降低寿命周期的费用、保证飞机处于良好的战备状态具有重要意义。从飞机生存力的内涵和结构生存力设计要求出发,梳理飞机结构生存力设计要素;分析战损情况下结构生存力设计准则,重点开展爆炸引起的超压和波阵风载荷下飞机结构生存力研究,并给出分析算例。结果表明：飞机结构生存力设计要素与常规的损伤容限设计要素相似,可以参照损伤容限的设计步骤开展结构生存力设计;机身壁板、前缘、活动面和口盖等飞机结构对冲击波超压比较敏感,可以通过构型优化提高结构生存力。     

基于模式分集的星地激光通信技术研究

针对星地激光通信的大气湍流导致信号光损伤这一问题,实验搭建了一种能够补偿大气湍流的空间激光通信系统,采用模式分集接收结合最大比合并方法对大气湍流进行补偿,采用相干探测技术对高阶调制信号进行光电探测。在不同湍流强度下进行了传输实验,结果表明：模式分集空间激光通信系统的性能相比较于单模光纤接收系统有较大提升,随着湍流强度的增加,性能提升更加显著。在弱、中、强三种湍流强度以及相同目标误码率情况下,模式分集系统相比单模光纤接收系统分别降低了约4.2 dB、5.1 dB和5.5 dB的链路损耗。在弱、中、强三种湍流强度以及相同目标中断概率下,模式分集接收系统相比单模光纤接收系统分别降低了约3 dB、5.9 dB和4.3 dB的链路损耗。