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2022年  第7卷  第2期

序言
激波与复杂流动专题序言
2022, 7(2).
117 HTML 61 13
摘要:
目录
气体物理 第7卷 第2期 封面+目录
2022, 7(2): .
115 8
摘要:
激波与复杂流动专题
FD-21风洞Ma=10高超声速推进试验技术探索
卢洪波, 陈星, 曾宪政, 陈勇富, 孙日明, 文帅, 戴武昊, 谌君谋, 毕志献, 金熠
2022, 7(2): 1-12. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0926
343 HTML 75 72
摘要:
针对Mach数8以上(Ma>8)冲压发动机地面试验能力不足问题,基于FD-21高能脉冲风洞,开展了吸气式推进试验技术探索,提升了FD-21风洞的重活塞驱动能力,获得了总压18.66 MPa、总温3 950 K、Ma=9.62、静压436.6 Pa、速度3 km/s的高焓大动压模拟流场,同时发展了高时间分辨率吸收光谱测量技术和基于重模型自由飞原理的发动机推阻测量方法.在此基础上,设计了弯曲激波压缩二元发动机,构建了燃料在线供应与喷注控制、模型悬挂与瞬态释放及相关测量一体的试验系统,在所建立的Ma=9.62风洞模拟环境中进行了集成验证试验,定量测得了有/无氢气射流与空气/氮气超声速气流作用下二元发动机的壁面压力、吸收光谱峰值吸收率、轴向力等数据,并利用纹影观测到了进气道唇口与燃烧室部位的波系特征.多次试验所得的壁面压力、峰值吸收率、轴向力随时间变化曲线均存在2 ms以上的平台,表明二元发动机建立了准定常流动.冷热态及氮气对照组对应的壁面压力分布、峰值吸收率、轴向力等数据呈现出了明显不同,且二者规律近似一致,一方面说明所建立的模拟流场、燃烧诊断技术、发动机推阻测量技术是有效的,另一方面也表明二元发动机实现了点火燃烧、获得有效热功转换,为后续相关研究奠定了良好的基础.
激波诱导双层气柱演化的偏心效应研究
冯莉莉, 翟志刚, 司廷, 罗喜胜
2022, 7(2): 13-25. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0959
428 HTML 143 77
摘要:
实验与数值研究了平面激波诱导下双层气柱的演化规律.利用肥皂膜技术生成了3种双层气柱,通过固定内、外层气柱半径,改变内层气柱在流向方向上的位置,研究了双层气柱偏心效应对流场演化的影响.结果表明,当内层气柱向上游偏移时,外层气柱的上游界面在后期会产生朝向上游的"射流";当内层气柱向下游偏移时,下游两道界面会较早地耦合在一起.获得了内、外层气柱上游界面的线性速度,发现压力等因素对内、外层气柱上游界面分别有抑制和促进作用,且作用大小与偏心程度密切相关.稀疏波的作用会明显改变外层气柱上游界面的运动行为,使其线性运动阶段延长或缩短.外层气柱的宽度在偏心时均被促进,高度随着内层气柱靠近下游逐渐减小;内层气柱向上游偏移时,其自身的宽度被抑制,但高度没有明显变化.对双层气柱的界面面积和平均体积分数的定量分析表明内层气柱向上游偏移时会促进物质混合.获得了环量随时间的变化规律,发现在演化早期双层气柱的环量可以通过已有模型的线性叠加得到较好的预测.
冲击射流激波振荡与抑制
李庠儒, 刘年华, 刘露菡, 何枫
2022, 7(2): 26-31. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0898
412 HTML 169 68
摘要:
欠膨胀冲击射流具有复杂的激波结构,并伴随产生高幅值的离散频率单音.通过高速摄像获取的纹影图像并结合噪声测量,对欠膨胀冲击射流激波振荡过程、剪切层不稳定波的模态和离散频率单音的产生进行了系列研究.给出了冲击距离为5倍喷嘴出口直径的复杂流动实验结果分析,射流剪切层不稳定波有对称和非对称两种模态,发现不同模态下的离散频率单音声源位于射流冲击平板后的不稳定的流动结构处.反馈声波在喷嘴唇口对剪切层扰动激励,使剪切层不稳定波向下游发展.激波结构与剪切层相互作用发生振荡,并与不稳定波模态的特征相关.通过消弱反馈声波在喷嘴唇口对剪切层的扰动,可消除离散频率的冲击单音,降低噪声,同时也抑制了激波振荡,使得激波结构趋于稳定.
高焓膨胀管风洞性能调试试验研究
龚红明, 常雨, 廖振洋, 吕治国, 孔荣宗, 张扣立, 罗义成
2022, 7(2): 32-39. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0886
132 HTML 106 33
摘要:
为评估新建成的高焓膨胀管风洞的设备性能,开展了风洞调试试验.通过测量激波速度、静压及Pitot压力等流场参数,结合考虑高温热化学效应的理论计算方法,对设备在常规氦气驱动模式及自由活塞驱动模式、低焓到高焓的运行状态进行了调试与分析.调试试验表明风洞最高气流速度达到11.5 km/s,最高焓值达到71.7 MJ/kg,高焓流场有效试验时间可达到150 μs以上,低焓流场有效试验时间最长达到1.1 ms,具备支持高温真实气体效应等超高速气动问题研究的试验模拟能力.
一种准二维柱面爆炸波加载装置的设计与验证
刘澜, 薛琨, 史晓亮, 李建平
2022, 7(2): 40-48. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0887
172 HTML 110 22
摘要:
基于竖直爆轰管和径向Hele-Shaw Cell, 设计并搭建了一套准二维柱面爆炸波加载装置, 可以实现对Hele-Shaw Cell内部材料界面的径向冲击加载. 竖直爆轰管内部的预混气体在底部点燃后, 形成向上传播的冲击波, 冲击波冲破爆轰管开口与Hele-Shaw Cell底板开孔之间的隔膜后, 被Hele-Shaw Cell的顶板阻碍, 形成在Hele-Shaw Cell内部径向传播的发散柱面波. 通过同步的高速摄影和压力测试系统, 可以获得Hele-Shaw Cell内部燃爆产物气体的膨胀过程, 同时将膨胀过程与Hele-Shaw Cell内部冲击压力演化过程相耦合. 实验发现Hele-Shaw Cell内部的柱面冲击波具有良好的可重复性和环向压力均匀性. 对燃爆过程和Hele-Shaw Cell内部的柱面波传播过程进行了CFD数值模拟, 当预混气体初始压力在100~250 kPa范围内时, 可获得超压峰值在400~3 000 kPa, 冲量在50~180 Pa·s,Ma为2.8~4.4的柱面波, 通过函数拟合得到了超压随径向传播距离呈幂函数衰减的规律, 揭示了爆轰管内的燃爆过程对Hele-Shaw Cell内部超压和冲量分布的影响. 研究发现, 通过调节燃爆过程和预混气初始条件可以实现对Hele-Shaw Cell内部冲击波加载参数的调控.
研究论文
基于Ramp-VG阵列的超声速混合层流动控制实验研究
夏梓豪, 丁浩林, 易仕和, 孙明波
2022, 7(2): 49-56. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0952
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摘要:
利用基于纳米示踪的平面激光散射(nano-tracer-based planar laser scattering, NPLS)技术研究了Ramp-VG阵列对超声速混合层流场的控制效果. 对流Mach数Mac=0.17. 通过比较无控和控制状态下的混合层NPLS图像, 发现控制状态下混合层流动速度提高了5%~15%, K-H不稳定涡的平均波长减小了5%~30%, y1/2处(ramp尖端)的层流段长度增加了12.8%. 结合分形理论, 分析了超声速混合层中的流动发展过程, 发现引入控制后混合层的分形维数数值明显改变, y0处(ramp凹槽)的分形维数幅值增加, y1/2处的分形维数幅值减小. 实验结果证明Ramp-VG阵列能够改善超声速混合层的能量分布, 达到延迟转捩、改变掺混强度、提高流动速度和减小涡结构各向异性等目的.
壁面催化对再入飞行器等离子体鞘套及电磁参数的影响
李俊红, 吕俊明, 苗文博, 程晓丽
2022, 7(2): 57-64. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0925
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摘要:
针对超高声速流动中的高温真实气体效应, 采用数值模拟求解考虑化学非平衡的三维Navier-Stokes(N-S)方程, 研究了壁面催化对典型再入飞行器等离子体鞘套及电磁参数的影响规律. 研究发现: (1)完全催化壁条件下等离子体密度计算结果与飞行试验符合较好; (2)完全催化壁条件下, 离解原子在壁面的复合导致波后气体可压缩性增强, 相对非催化壁, 激波脱体距离降低, 温度升高, 等离子体密度降低; (3)对于碰撞频率, 沿滞止流线, 完全催化壁面条件下的碰撞频率要低于非催化壁; (4)对于相对介电常数, 在激波附近, 完全催化壁面条件下的介电常数实部要高于非催化壁, 而虚部则低于非催化壁; (5)壁面催化对等离子体鞘套电导率的影响和对相对介电常数影响规律一致.
结冰环境热合成双射流激励器工作特性数值研究
王小伟, 张智慧, 王娴
2022, 7(2): 65-74. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0947
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摘要:
为研究结冰环境中热合成双射流激励器工作特性, 采用离散相模型(discrete phase model,DPM), 结合动网格方法, 数值研究了结冰环境中来流速度、液滴含量、液滴直径对激励器工作特性的影响. 结果表明, 来流速度较小时, 双射流激励器出口形成热合成射流融合区, 由于热射流的加热作用, 温度较高, 环境中的过冷液滴难以进入激励器腔体; 来流速度较大时, 射流涡向激励器两侧脱落, 液滴不断进入激励器腔体内, 激励器加热效率降低. 此外, 过冷液滴含量、直径对激励器周围速度场影响可以忽略; 随着过冷液滴浓度增加, 液滴直径减小, 激励器加热效率逐渐降低.