气体物理

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发动机进气道内激波主导流动专题序言

2023, 8(2): .

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摘要:

考虑熵层效应的扫掠激波/湍流边界层干扰特性研究

李宪开, 盛发家, 李佳伟, 尹超, 何墨凡, 周航, 柳军

2023, 8(2): 1-14. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.1010

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摘要:
为了探究熵层对扫掠激波/湍流边界层干扰特性的影响规律，采用仿真方法对尖鳍/钝板物理模型进行研究。结果表明：扫掠激波上游的熵层厚度随着平板前缘钝化半径的增大而增加，同时边界层厚度也随着熵层厚度的增加而增加。熵层的引入并不改变扫掠激波/湍流边界层干扰固有的准锥形相似特性，也不会改变拟锥原点（virtual conical origin，VCO）的位置，仅会改变干扰形成的上游影响线和分离线的角度。扫掠激波/湍流边界层干扰形成的锥形主旋涡和角涡的尺度随着熵层厚度的增加而增大。上游熵层的引入增大了下游扫掠激波/湍流边界层干扰区的总压损失，但扫掠激波/湍流边界层干扰自身造成的相对总压损失并不受上游熵层的影响。

来流Mach数连续变化下的激波串运动特性

王子傲, 黄仁哲, 信宣安, 常军涛

2023, 8(2): 15-23. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.1007

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摘要:
为了研究入射激波变化的隔离段内激波串的运动特性，设计并搭建了直连式变Mach数实验系统，捕捉了相同来流Mach数变化速率、不同背压变化速率下激波串的运动行为，揭示了入射激波与背压同时变化对激波串运动的影响机理。入射激波与背压同时变化时，共有3个方面的因素会影响激波串整体的上下游运动趋势，其一，Mach数变化，Mach数增大导致激波串向下游运动，该影响随Mach数增大逐渐减弱；其二，背景波系移动，背景激波反射点靠近激波串前缘时，可能引起激波串的突跳；其三，背压压比变化，背压压比增大时激波串向上游运动，该影响随背压压比增大逐渐增强。三方面因素共同作用下激波串表现出复杂的运动。

放气槽布局形式及开槽角度对二元高超声速进气道性能的影响

陈皓宇, 黄河峡, 谭慧俊

2023, 8(2): 24-31. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.1008

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摘要:
通过对典型二元高超声速进气道进行数值仿真，研究了放气槽的布局形式以及放气槽的开槽角度θ对进气道总体性能的影响规律。研究结果表明：在放气总有效流通面积不变的前提下，多个放气槽的布局形式能够以更少的流量损失换取总压恢复系数的显著提升，且槽的数量越多，单个槽的有效流通面积越小，σ提升得越多，但当单个槽的有效流通面积d小于0.4H_th（按喉道高度无量纲化）时，这种变化趋势趋于平缓。当开槽角θ介于30°~120°时，放气量流量比随角度的增加而降低；当120°≤θ≤150°时，放气流量比随θ的增加而增加；30°≤θ≤150°时，喉道总压恢复系数σ随θ的增加而降低，而喉道压比Π随θ的增加而单调增加。因此采用多个0.2H_th~0.4H_th有效流通面积的放气槽为较理想的放气布局形式，而开槽角度可根据实际需要来选取。

基于丝线流动显示技术的内转进气道起动性能实验

余安远, 曲俐鹏, 刘建霞, 杨大伟, 李姝源, 乐嘉陵

2023, 8(2): 32-43. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.1000

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摘要:
采用丝线法流动显示技术，在高超声速冷流暂冲式下吹风洞开展了快速获取内转进气道起动性能的实验研究。实验在中国空气动力研究与发展中心（CARDC）Φ0.5 m高超声速风洞中进行，来流Mach数为5。实验模型为椭圆转圆形内转进气道，总收缩比为5.8，内部收缩比为1.7，喉部为直径50 mm的圆形截面。模型的肩部区域种植了长度与间隔可更换的丝线，为了改善进气道的起动性能，模型进气道的内压缩段开设了可以动态堵塞的泄流孔，在喉道下游设置了可动态节流的节流锥。实验获得了丝线长度、相邻丝线间隔的推荐值，同时表明，丝线流动显示技术能够快速、准确、直观、方便地判断进气道的起动状态，并能定量给出流动分离起始位置与分离结构，所采用的丝线流动显示技术丰富了高超声速风洞实验的流场可视化方法库。研究还表明，采用丝线流动显示技术，所研究的内转进气道在Ma＝5时处于双解区，实验给出了进气道重起动及退出不起动的一种可行方案。

e^N方法用于高超声速圆锥边界层转捩预测的可靠性

杨潇楠, 苏彩虹

2023, 8(2): 44-55. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0987

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摘要:
e^N方法基于扰动在边界层中线性演化过程中的幅值增长程度来预测转捩。以来流Mach数为6、不同壁面温度条件下不同钝度圆锥为研究对象，结合直接数值模拟和抛物化稳定性方程，从e^N方法是否能够准确描述扰动在上述边界层中线性增长的角度，分析了该方法预测转捩的可靠性。研究结果表明，在小钝度或高壁面温度情况下，扰动在向下游的演化过程中从第1模态转变为第2模态，基于线性稳定性理论的e^N方法变得不再可靠。壁面温度相同，头部钝度越大，e^N方法越可靠；同等钝度下，壁面温度越低，e^N方法越可靠。由于存在模态转换时，线性稳定性理论总是低估扰动的增长，因而对于给定的转捩判据N_T（可由某一工况实验标定给出），若钝度减小或壁面温度增加到一定程度，e^N方法给出的转捩位置比实际情况更靠后。重新标定转捩判据时，钝度越小，壁面温度越高，N_T的修正程度就越大。

基于深度强化学习的近壁圆柱绕流控制

王强, 王伯福, 刘宇陆

2023, 8(2): 56-65. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0991

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摘要:
基于深度强化学习方法（deep reinforcement learning，DRL），采用一对施加在圆柱表面的质量流量为零的射流，对Re=200，400，间隙比G/D=0.5，0.7，1.0，1.5，2.0的近壁圆柱进行主动流动控制研究。通过DRL方法获得不同参数下的射流控制策略与相应控制效果，并讨论了不同射流位置（90°，270°）、（90°，320°）、（90°，360°）对控制效果的影响。研究发现Reynolds数、间隙比和射流位置都对控制效果有重要的影响。射流位置为（90°，270°）时通过DRL控制可以有效降低阻力系数及其波动，控制后的圆柱尾迹被拉长且圆柱前后压差降低。射流位置为（90°，320°）和（90°，360°）的控制效果相似，都能使平均阻力系数有所降低，但控制位置的不对称性导致控制后的阻力系数波动较大。Reynolds数和间隙比的增大会增加控制射流的质量流量水平，在相同条件下，使用（90°，270°）的射流位置可以用相同的质量流量得到更好的控制效果。

气体中心式离心喷嘴喷雾实验与三维仿真

高玉超, 楚威, 康金鑫, 仝毅恒, 苏凌宇, 林伟

2023, 8(2): 66-80. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.1013

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摘要:
在实验的基础上, 基于RNG k-ε模型对常压下气体中心式同轴离心(gas-centered swirl coaxial，GCSC)喷嘴喷雾形态和破碎模式进行了三维仿真研究。采用网格自适应加密(adaptive mesh refinement，AMR)技术、耦合水平集和流体体积(coupled level-set and volume of fluid, CLSVOF)方法对气液界面进行捕捉。结果表明, 液体质量流率($\dot{m}_{\mathrm{l}}$)不变, 随着气体质量流率($\dot{m}_{\mathrm{g}}$)的增加, 中心气流的引射作用增强, 液膜内外压差增大, 雾化锥角减小, 并对其流动特性进行了分析; 而$\dot{m}_{\mathrm{g}}$不变时, 液膜在喷嘴出口的径向速度与切向速度随$\dot{m}_{\mathrm{l}}$的增大而增大, 导致雾化锥角增大。同时根据气液质量流率比(gas-liquid mass flow rate，GLR), 将喷雾的破碎模式分为穿孔破碎、气泡破碎和气动破碎。

薄膜自激拍打射流的流动特性实验

梁效, 陈浩, 朱传庆, 徐敏义

2023, 8(2): 81-90. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0980

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5

摘要:
在射流喷嘴出口处安装一端固定的柔性薄膜，在流速足够大时，射流和柔性膜相互诱导产生自激拍打作用，针对这一现象，提出了一种新型的自激拍打射流混合技术。在直径D=40 mm的渐缩喷嘴上固定长度L=(0.5~2)D和厚度δ=50 μm的氟化乙烯丙烯共聚物(fluorinated ethylene propylene，FEP)薄膜，使用压差计测量了光滑渐缩喷嘴以及薄膜拍打运动所引起的压力损失。通过激光片光源和高速相机进行薄膜运动状态的显示和拍打幅度的测定，探究了拍打幅度受薄膜长度和Re的影响及其变化规律，利用测得的拍打幅度(A)和频率(f)作为Strouhal数(St=fA/U_o，U_o是射流的出口速度)的特征尺寸进行研究。在Re=3×10⁴的条件下，使用热线风速仪测量了在不同薄膜长度下拍打射流轴向速度沿中心线的分布，并对湍流度、概率密度函数等特征进行分析。此外，经过数字迭代滤波后获得射流沿中心线的积分尺度、Taylor尺度和Kolmogorov尺度等统计量。实验结果显示，拍打射流的湍流度高于自由射流，意味着前者对周围流体具有更强的大尺度卷吸能力；但对不同薄膜长度的拍打射流而言，其湍流特性存在差异；在实验所用的薄膜长度范围内，1.25D膜长时射流混合效果最好。通过考察概率密度函数及其偏斜因子(Su)和平坦因子(Fu)发现，相较于自由射流，拍打射流速度更快地接近Gauss分布，这意味着拍打射流在增强大尺度卷吸的同时也促进了小尺度的掺混。

气体物理第8卷第2期封面+目录

2023, 8(2): .

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摘要:

主管部门：	中国航天科技集团有限公司
主办单位：	中国航天空气动力技术研究院中国宇航学会中国宇航出版有限责任公司

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