基于响应面法的低温风洞扩散段热力学模型修正

低温风洞运行过程消耗大量液氮和电力，洞体结构产生附加热应力和热变形，建立可靠的低温风洞热力学模型对研究风洞运行安全性和经济性是必不可少的。以低温风洞扩散段为方法研究对象，建立有限元热力学模型，为提高热力学模型和实际模型的相关性，使用响应面法对有限元热力学模型多个参数进行修正。通过对比分析温度、应力监测点试验数据和仿真数据的差别，确定驻室锥形体内表面对流换热系数为待修正参数；使用中心复合试验设计生成有限元热分析样本空间，以温度、应力监测点试验数据和仿真数据的残差均方和为考核指标，在样本空间内对残差均方和进行非线性回归分析，建立残差均方和的响应面模型；以所有监测点残差均方和总和为目标函数，在样本空间内进行多目标非线性优化分析，得到最优解；验证修正后的热力学模型，结果表明:（1）基于响应面法的热力学模型修正是可行的；（2）修正后的热力学模型分析数据与试验数据吻合性提高，并且适用于其它降温试验。     

空气流速和自热效应对湿度传感器测量准确度的影响

通过对多种典型型号湿度传感器在不同空气流速条件下对同一相对湿度测量结果的变化的实验研究,得出了0～1.5 m/s流速范围内湿度传感器的示值随流速的变化趋势,即示值随流速增大而增大,总变化量最大达2%RH以上,且变化主要发生0.5 m/s以下的低流速情况下,同时传感器表面温度随流速增大而降低,两者变化趋势相互吻合。进一步分析表明,上述现象是湿度传感器的自热效应和空气与传感器之间的对流换热效应共同作用的结果,它给湿度传感器的测量结果带来新增不确定度。     

强迫扰动下的射流撞击雾化特性

为全面把握撞击式喷嘴的工作特性，进一步认识雾化在燃烧不稳定中所起的作用，采用试验结合数值模拟的方法开展了强迫扰动条件下撞击式喷嘴的非稳态雾化特性研究。试验方面，采用水力扰动装置产生喷前压力扰动，由脉动压力传感器记录喷前的脉动压力，由高速摄影对动态的喷雾场进行背光拍摄。数值模拟则是基于开源程序Gerris开展，通过给定周期性变化的速度入口来模拟前端压力扰动下的撞击雾化过程。首先验证了建立的数值模拟方案处理非稳态雾化的有效性，其次将自然雾化与强迫扰动雾化进行对比，分析了强迫扰动条件下的撞击雾化特性，最后研究了扰动频率与扰动幅值对于撞击雾化的影响。结果表明：强迫扰动下的射流撞击喷雾场出现了弓形液滴群局部聚集的现象，并且在时间上表现出周期性特征，雾化频率与强迫扰动的频率一致。在研究的频率范围（1 257~3 563 Hz）内，撞击式喷嘴的雾化对扰动都有响应。扰动频率主要影响相邻弓形液滴群之间的间距以及雾场与扰动压力之间的相位关系，扰动幅值则主要影响雾化Klystron效应的强度。随着扰动幅值的增大，液膜的破碎长度减小，撞击点下游的流量特性由线性向非线性转变，由正弦波形转变为陡峭前缘波形。     

梯形空腔热环境数值研究

对梯形空腔内的层流自然对流换热进行了数值模拟，用SIMPLE算法和中心差分格式、二阶迎风格式对该问题（Ra=1×10^3～1×10^7）进行了详细的数值计算，最终得出了梯形空腔在不同Ra数下的等温线与流线，总结分析了其内部换热规律，认为Ra≤1×10^4时空腔内部换热方式以导热为主，Ra〉1×10^4时空腔内部换热方式以对流换热为主，Rn〉1×10^7时空腔内部为湍流，应该用湍流模型进行数值计算研究。     

相变材料微胶囊悬浮液在矩形小通道内层流流动传热的实验

本文进行了对比性的实验,以研究相变材料微胶囊(MEPCM)-水悬浮液在水力直径为2.71mm的矩形小通道内的层流流动传热性能.实验中用的MEPCM颗粒的平均粒径为4.97μm,与蒸馏水混合制备成质量浓度范围为0～20%的MEPCM-水悬浮液.对比性的实验是指,在相同的悬浮液质量流量和热力条件下,使用不同浓度的MEPCM悬浮液进行传热实验.实验发现,MEPCM悬浮液的冷却性能严重依赖于悬浮液的质量流量和悬浮液的质量浓度.质量浓度为5%的悬浮液在在整个质量流量范围内总是表现出比水好的冷却性能,它对应的是更低的壁面温度以及更好的传热系数.而对于更高质量浓度的悬浮液,在低质量流量的情况下,它们具有很好的冷却性能;而在高质量流量的情况下,它们表现出的冷却性能比水更差,它们对应更高的壁面温度以及更低的Nusselt数.     

涡轮叶片全表面换热特性试验研究

气冷叶片表面对流换热系数对气冷叶片设计至关重要。为了研究气冷叶片表面对流换热特性,设计了典型气膜冷却叶片,采用试验与数值计算相结合的方法对气冷涡轮叶片表面流动换热特性进行了对比研究,获得了叶片表面温度场及叶栅通道内部流场分布特征。结果表明:叶片表面的换热受叶栅流道结构的影响较大。在叶片前缘滞止点以及主流加速剧烈的位置换热较强,加入气膜孔可以局部增强叶片表面的对流换热,但却没有改变叶片全表面换热的变化趋势。     

火星进入器作强迫震荡运动壁面脉动压力数值模拟

为研究超声速阶段进入器作强迫震荡运动对壁面脉动压力环境的影响规律,本文耦合进入器刚体运动方程与流体力学方程,采用动网格技术,对火星进入器模型开展非定常数值模拟,获取壁面不同位置处的脉动压力信息。研究表明：在超声速阶段,进入器作强迫震荡运动诱导的脉动压力远大于进入器保持相对静止时仅由非定常流动诱导的脉动压力。来流马赫数为1.2时,进入器作强迫震荡运动对脱体激波影响较小,脱体激波强度较弱且形态变化较小,攻角的震荡导致同一测点距离脱体激波的位置发生周期性改变,舱体迎风面及配平翼迎风面的脉动压力环境主要受攻角变化的影响;来流马赫数为3时,进入器作强迫震荡运动对脱体激波的影响较大,脱体激波震荡剧烈,诱导舱体迎风面及配平翼迎风面产生极其恶劣的脉动压力环境,功率谱分析表明激波震荡诱导的脉动压力能量主要集中在30 Hz左右。     

高超声速对流环境下冷点效应对圆箔式热流传感器测热特性的影响研究

在高超声速对流环境测量气动加热时,圆箔式热流传感器表面温度往往低于被测物体表面温度,这种表面温度的不连续会影响边界层流动,使热流测量结果产生偏差。针对高超声速对流条件下的钝头-平板模型,采用数值模拟方法研究了传感器表面局部低温引起的"冷点效应"形成机理以及对表面热流的影响。结果表明:被测物体表面壁焓H_w与恢复焓H_re的比值H_w/H_re越高,"冷点效应"越明显;传感器表面温度T_w2与被测物体表面温度T_w1的比值T_w2/T_w1越小,"冷点效应"越明显;来流雷诺数Re对"冷点效应"影响较小。在马赫数Ma=18的来流条件下,研究分析了冷点效应对传感器测量结果的影响,结果表明:冷点效应使测量结果偏高1.25倍,复现了热流预示结果与试验结果的差异。     

振幅对流线型箱梁自激气动力的影响

研究了强迫振动振幅对流线型箱梁断面自激气动力的影响。采用1:70的刚性节段模型开展了测压试验,获得了不同迎角的模型断面在不同振幅下的气动压力和分布,探讨了气动力特性。试验中的扭转振幅范围为2°~16°,竖向振幅范围为5~23mm,来流迎角分别为0°和±5°。测试结果表明,在迎角α=0°条件下,当扭转振幅A_t ≤8°,或竖向约化振幅A_v/D≤0.46时,自激气动力的线性谐波占整体气动力的比例在95%以上,没有明显的高次谐波分量。当扭转振幅A_t > 8°,来流迎角为+5°时,自激气动力的线性谐波比例可降低到75%,高次谐波的比例可达到25%。扭转振幅对颤振导数A₂*、A₃*、H₂*均存在显著的影响,但竖向振幅仅对H₄*存在一定的影响。由此得出,尽管颤振导数随振幅的改变是非线性的,但在一定条件下（如8°扭转角以内）,气动力本身不含有明显的高次谐波分量。     

民用飞机风挡防冰性能评估

民用飞机适航条款要求在结冰条件下应确保风挡外表面不能结冰,防止影响飞行员视界。因此应确保结冰条件下风挡具有足够的加热功率使其外表面温度高于冰点。根据防冰传热传质机理,利用CFD和Matlab相结合的方法建立了三维风挡热性能分析模型,对某型民用飞机风挡防冰性能进行评估。具体包括防冰热载荷确定、表面温度评估和关键参数校核三部分,并给出了典型飞行工况下风挡防冰热性能评估算例。