气体物理

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气体物理第7卷第3期封面+目录

2022, 7(3): .

80

6

摘要:

主动流动控制与多场演化专题序言

2022, 7(3).

161 HTML 81

8

摘要:

旋翼尾流时空发展二维速度场的实验研究

齐中阳, 张卫国, 潘翀

2022, 7(3): 1-7. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0955

173 HTML 54

19

摘要:
旋翼作为直升机的主要升力和操纵部件, 具有复杂的流场结构, 如非定常性, 桨-涡干扰和桨尖涡等, 导致旋翼流场研究十分困难. 针对这一问题, 结合锁相技术和粒子图像测速(particle image velocimetry, PIV)技术开展了悬停状态下旋翼流场的实验研究, 并通过本征正交分解(proper orthogonal decomposition, POD)提取主要含能模态, 刻画流场时空演化. 结果显示, 旋翼尾流发展过程中向旋转轴靠近, 二维流场结构呈现倒三角结构, 即扩展到三维流动中会呈现倒锥型结构的特性; 通过POD进行含能模态分析, 旋翼尾流中对湍动能贡献最大的为桨叶涡结构, 其次是桨尖涡结构.

高能表面电弧放电控制圆柱激波实验

孔亚康, 唐冰亮, 梁华, 郭善广

2022, 7(3): 8-13. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0934

100 HTML 41

9

摘要:
采用风洞实验和高速纹影系统研究高能表面电弧等离子体激励控制圆柱激波. 在Ma=2的超声速风洞中, 分别放置了带有10, 15, 20 mm这3个不同高度圆柱的实验模型, 对比分析了不同高度圆柱的初始流场特征, 以及高能表面电弧放电的放电电容、直流源电压和圆柱高度对圆柱脱体激波控制的影响. 实验结果表明, 高能表面电弧等离子体激励诱导的冲击波和热气团与激波产生相互作用, 激波形状改变, 强度削弱. 圆柱高度越高其上方的弓形激波角越大, 在施加等离子体激励后, 弓形激波角减小, 激波强度减弱; 放电电容和直流源电压对激波控制效果的影响均呈正相关关系; 随着圆柱高度的增加, 控制效果减弱、有效控制作用时间缩短.

合成双射流对下游声压级影响试验

刘志勇, 何彬华, 梁锦敏, 张兆, 罗振兵

2022, 7(3): 14-20. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0975

117 HTML 35

8

摘要:
在Ma=0.4的来流条件下, 利用安装在主翼后缘处的合成双射流激励器对襟翼上的流动进行控制, 在风洞中开展了合成双射流对下游声压级影响的研究. 基于脉动压力测量结果, 结合油流显示试验, 得到了合成双射流对下游不同流动状态区域声压级影响的一些结论. 对于附着流, 在其峰值频率附近激励会明显提高其声压级; 对于受旋涡主导的流动, 恰当的合成双射流控制可以降低声压级, 激励频率较为关键. 在俯仰运动过程中, 对于附着流, 激励提高了声压级, 但不改变其迟滞特性; 对于受旋涡主导的流动, 激励对声压级的影响与攻角有关, 能够减弱其迟滞特性, 但激励强度对迟滞特性的影响较小, 减小声压级的最佳激励与运动历程有关.

合成双射流激励器振动噪声特性

吴攀, 罗振兵, 彭文强, 彭新

2022, 7(3): 21-26. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0978

168 HTML 56

6

摘要:
合成双射流激励器工作噪声远低于合成射流激励器工作噪声, 但其噪声特性仍然限制了其应用于笔记本电脑、空调、冰箱等室内电子设备散热. 为降低合成双射流激励器整体噪声, 采用数值模拟的手段探究合成双射流激励器在不同边界条件下的振动噪声特性, 为合成双射流激励器降噪设计提供指导. 结果表明: 压电振子与壳体的振动共同影响着激励器振动噪声声压级大小; 夹持条件对振动噪声影响很大, 压电振子处于夹支条件时, 激励器的振动噪声声压级比压电振子处于简支时的激励器最大声压级低10 dB.

合成双射流与小型复合结构翅片组合散热参数影响

郑穆, 罗振兵, 邓雄, 何伟, 王登攀

2022, 7(3): 27-37. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0979

184 HTML 66

4

摘要:
为了保证电子设备能有足够长的工作寿命并可以在高热流下安全运行, 必须可靠而经济地解决高温设备的散热冷却问题. 为解决狭小空间板翅式翅片强化换热能力有限的问题, 基于纵向涡强化换热理论, 提出了合成双射流与表面微凸起复合结构翅组合散热方法. 利用Fluent数值模拟软件对合成双射流作用下的复合结构翅片内部气体流动特性及其强化换热特性进行了研究. 仿真结果表明表面微凸起复合结构翅片的肋片附近Y方向涡量是传统光滑肋片的2倍以上, 换热性能增加10%. 合成双射流驱动频率在500 Hz时, 具有均匀的温度分布以及更好的散热效果; 合成双射流峰值速度下散热效率更好.

不同喷流对激波/边界层干扰控制特性对比

侯淋, 王登攀

2022, 7(3): 38-44. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0929

159 HTML 45

16

摘要:
采用数值模拟的方法对比研究了定常、方波脉冲、正弦脉冲这3种喷流对Ma=2流动激波/边界层干扰的控制效果, 分析了不同喷流方式对受控流动流场结构、压力分布的影响. 结果表明, 不同喷流方式都能够实现对受控流动的有效控制, 可以增大激波距离, 减弱激波强度, 减小激波发生器壁面压力. 在控制效果方面, 定常喷流效果最佳, 方波脉冲喷流效果次之, 但定常喷流所需要的质量流量也最大, 方波脉冲质量流量次之. 3种喷流的控制效果与所需质量流量的关系表明, 控制收益的增加随着质量流率的增大而减小.

高超声速圆锥边界层转捩实验研究

徐席旺, 易仕和, 张锋, 郑文鹏, 米琦

2022, 7(3): 45-59. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0905

265 HTML 86

28

摘要:
在高超声速静音风洞内, 通过基于纳米粒子示踪的平面激光散射(nano-tracer-based planar laser scattering, NPLS)技术、高频压力传感器和温敏漆(temperature sensitive paints, TSP)技术开展了0°攻角条件下7°直圆锥高超声速边界层转捩相关实验研究, 得到了圆锥边界层由层流发展至湍流完整过程的NPLS图像, 清晰地展示了第2模态波的"绳状"结构, 尖锥与钝锥边界层的NPLS结果表明尖锥边界层转捩中第2模态波占主导, 而钝锥边界层在转捩前出现波长约为第2模态波波长5倍(甚至更长)、特征频率不高于31 kHz的狭长涡结构; 采用功率谱密度(power spectrum density, PSD)分析、互相关和N值计算对高频脉动压力数据进行分析, 得到了边界层内扰动波的发展规律, 在尖锥和钝锥中均观察到了沿流向第2模态波幅值先增大后减小、特征频率逐渐降低, 低频成分逐渐增加, 表明边界层发展过程中第2模态率先发展达到饱和, 而后逐渐衰减, 而低频模态则逐渐发展; 通过TSP技术得到了不同单位Reynolds数下的圆锥表面温升分布, 结果表明, 随单位Reynolds数增大, 边界层转捩阵面前移.

高超声速椭圆锥边界层横流转捩特性大涡模拟

朱志斌, 冯峰, 沈清

2022, 7(3): 60-72. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0950

182 HTML 29

20

摘要:
横流效应显著影响高超声速飞行器的三维边界层转捩过程, 深化对该流动机制的认识有助于提升和改善飞行器气动性能及热力学环境. 针对HIFiRE5椭圆锥绕流问题, 采用大涡模拟方法计算分析了超声速边界层横流转捩特性, 并揭示其中的流动机理. 参考HIFiRE5风洞模型试验条件, 数值模拟中椭圆锥来流入口处施加人工速度扰动以激发边界层内不稳定扰动波, 进而预测了高超声速边界层流动横流失稳、转捩过程等基本流动特征, 并基于转捩热流分布形态对比, 获得了与试验数据基本吻合的计算结果. 研究发现, 椭圆锥中心线流动汇聚形成的流向涡结构非常容易失稳, 另外在中心线及侧缘之间的中部区域存在较强的横流不稳定性, 两种机制共同作用影响边界层转捩过程. 此外, 分析了来流扰动幅值对边界层横流失稳转捩的影响, 并发现静来流条件下, 横流区域出现两组独立的定常横流涡结构, 而强噪声来流条件下, 中心线主涡和中部横流涡均发生失稳转捩, 且在椭圆锥表面形成多峰状的转捩阵面. 最后, 深入分析流场的压力脉动动力学特性, 揭示了三维边界层发生失稳转捩的非线性演化机制.

离散统一气体动理学格式稳态辐射输运应用

张华波, 周瑞睿, 李思达, 孙亚松

2022, 7(3): 73-81. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0943

112 HTML 17

5

摘要:
工程应用中的介质热辐射问题是典型的多尺度问题. 基于Boltzmann输运方程建立的各类气体动理学格式, 在多尺度瞬态问题中得到了广泛应用. 为了克服显式求解方案中CFL条件等的限制, 文章通过气体动理学格式实现稳态辐射输运方程的直接求解. SDUGKS格式由离散统一气体动理学格式(discrete unified gas kinetic scheme, DUGKS)的核心思想发展而来, 应用于稳态问题计算. 将SDUGKS格式进一步拓展到多尺度的稳态热辐射输运计算. SDUGKS格式继承了DUGKS格式沿特征线离散实现的界面重构, 并通过隐式增量格式的单元更新实现对辐射强度的较正, 采用逐次迭代法将辐射强度渐近收敛到稳定值. 选用多组一维和二维不同尺度的辐射传热算例, 通过与特定的解析解以及其他数值方法结果对比, 检验了SDUGKS的计算精度和计算效率, 并论证了它在多尺度问题中的渐进保持性质.

纵向静稳定度可调的鸭式气动布局设计与分析

刘荣健, 白鹏

2022, 7(3): 82-86. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0972

130 HTML 24

22

摘要:
焦点与质心的位置关系, 即静稳定度是飞行器研制和使用中的重要参数. 为实现在飞行过程中实时调节合理的静稳定度, 提出了3种可变形鸭翼形式, 即可变后掠鸭翼、伸缩鸭翼、滑动鸭翼. 通过计算流体力学仿真的手段研究了3种可变形鸭翼方案在宽速域范围内的焦点位置调节能力. 结果表明3种方案均具有有效的焦点位置调节能力, 在所研究的参数范围内, 可变后掠鸭翼在亚声速段具有最强的焦点调节能力; 伸缩鸭翼在跨声速和超声速段焦点调节能力相对较强; 在高超声速段滑动鸭翼的焦点调节能力最强. 分析认为3种方案中可变后掠鸭翼最具工程实现价值.

直流偏置对射频容性耦合放电特性的影响

邓华宇, 罗日成, 阳冠菲, 冯健, 刘鹏, 闫瑾, 钟焱

2022, 7(3): 87-92. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0944

87 HTML 22

5

摘要:
直流偏置能较好抑制射频容性耦合等离子体(radio frequency capacitively coupled plasma, RF-CCP)表面充电效应, 但仍存在其对RF-CCP放电参量影响规律不明确, 电源对参量控制复杂等问题. 构建了直流源与射频源的板-板结构RF-CCP仿真模型, 在射频源基础上施加负直流源, 研究直流偏置对RF-CCP放电特性影响, 并比较射频与直流偏置对放电参量影响差异. 结果表明, 无直流源时, 周期平均电子密度N_{e, ave}, 周期平均电子温度T_{e, ave}均为对称分布, N_{e, ave}呈现两端小、中间大的凸函数分布, T_{e, ave}在距极板4 mm以内鞘层区均有陡然上升, 极大值出现在距极板1 mm左右处; 直流源会使等离子体主体区N_{e, ave}升高并发生偏移, 直流源侧N_{e, ave}降低, 对侧N_{e, ave}增加, 且对侧增加速率较快. 直流偏置可改善单侧电子温度与电子通量, 但提高电子密度能力弱于射频源. 实际工程中, 若欲提高单侧电子温度与电子通量, 应施加直流源, 若提高整体电子密度, 应提高射频源功率.

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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