【摘 要】
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超高速流动是飞行器再入大气层或进入其他星球大气层时必须面临的高速高温流动环境.膨胀管是少数几种能模拟超高速试验气流的地面设备之一,中国科学院力学研究所高温气体动力学国家重点实验室(LHD)建成了可实现最大速度10km/s的超高速试验气流的爆轰驱动膨胀管JF-16.数值模拟是超高速试验有力的辅助分析诊断工具,流动模拟时热化学反应模型的选择对超高速气流特性影响较大,通过对比研究不同热化学模型条件下超高
【机 构】
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中国科学院力学研究所,北京100190
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超高速流动是飞行器再入大气层或进入其他星球大气层时必须面临的高速高温流动环境.膨胀管是少数几种能模拟超高速试验气流的地面设备之一,中国科学院力学研究所高温气体动力学国家重点实验室(LHD)建成了可实现最大速度10km/s的超高速试验气流的爆轰驱动膨胀管JF-16.数值模拟是超高速试验有力的辅助分析诊断工具,流动模拟时热化学反应模型的选择对超高速气流特性影响较大,通过对比研究不同热化学模型条件下超高速典型模型试验的差异,可以进一步优化超高速流动模拟相关数值方法.
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激波与非匀质界面相互作用所产生的斜压效应会导致物质界面发展扭曲,进而形成湍流混合.这种流动形态被称为RM不稳定现象,在惯性核约束聚变,超新星爆炸以及超声速燃烧流动中广泛存在.文章首先通过大涡模拟(LES)的方法数值模拟了前人的实验研究从而验证程序的有效性,对激波和单个气泡相互作用后的流场细节进行分析,得到界面发展的流场特征.其次通过该程序模拟了多个气泡的排列方式对流场结构演化的影响,发现气泡排列方
高超声速环境下的横向喷流多用于高速飞行器飞行控制,是目前航空航天技术人员非常关注的问题之一.本文将采用先进的多尺度流动微观AP-DSMC算法,对不同来流情况下的平板横向喷流问题进行数值模拟.通过对比DSMC算法研究超声速多尺度流场中的局部稀薄气体效应特征,重点关注不同来流努森数对典型横向喷流流动结构(激波位置、分离区大小等)以及物面参数的影响规律.此外AP-DSMC与DSMC在计算效率方面的对比结
本文采用基于激波动力学设计的激波管生成水平柱形汇聚激波,结合肥皂膜技术生成单模界面,通过高速纹影法对柱状汇聚激波冲击下单模轻重(Air/SF6)气体界面的演化进行了研究.通过汇聚激波冲击无扰动气体界面的实验发现汇聚激波作用下界面具有整体减速现象.随后通过汇聚激波冲击正弦扰动界面的研究,证实这种界面整体减速现象会带来Rayleigh-Taylor(RT)效应:在入射激波靠近汇聚尖点时,产生RT稳定性
实验中采用自主设计的新型半环形激波管产生汇聚激波,研究了汇聚激波冲击下正方形和正六边形轻/重(Air/SF6)界面的Richtmyer-Meshkov不稳定性发展过程,利用高速纹影技术得到了柱形汇聚激波与两种不同形状界面相互作用演化的图像,对实验结果进行了定量分析.研究发现,初始界面振幅的不同导致界面演化出现较明显的差异,振幅变化率也有所区别.在反射波与界而二次作用之前,发现了明显的RT稳定性现象
针对前体对内转式进气道性能影响机理研究的不足,采用CFD研究了平板、凹形曲面和凸形曲面三种前体对矩形入口转圆形出口的内转式进气道性能的影响.结果表明:由于前体三维效应影响区域内的气流撞击进气道侧板,形成扫掠进气道底板的扫掠激波,导致进气道外压缩段弯曲激波发生畸变.平板前体构型的进气道性能参数介于凸形和凹形前体构型之间,而凹形前体性能参数最优.
研究了三个基元反应模型和一个单步总包反应模型的点火延迟时间,并利用这些模型对H2-Air混合气体的胞格爆轰波进行数值模拟,研究了胞格结构的大小以及三波点的传播过程.研究表明,在爆轰波传播过程中,诱导区内压力和温度下气体的点火延迟时间与三波点的运动周期定量一致,体现了激波和燃烧波之间存在的共生竞争过程.点火延迟时间与胞格的大小成正比关系;三波点的运动与化学反应通过时间尺度这一关键参数耦合在一起,爆轰
微型斜坡式涡流发生器作为一种新型的激波/边界层干扰控制手段,然而由于其特殊的构型,其下游流场涉及复杂的三维旋涡结构.本文通过数值仿真手段对涡流发生器下游旋涡特性进行了研究,并分析了来流马赫数、雷诺数旋涡特性的影响.研究结果表明,涡流发生器诱导的低能流尾迹以及自身诱导的旋涡主导着下游流动的发展.在涡流发生器对称面上,上洗流最高速度点沿流向的分布总是位于主旋涡涡核的轨迹之上,在一定的精度要求范围内,对
为了改善γ-Reθt转捩/湍流模式对高超声速进气道转捩流动的计算能力,修改了转捩动量厚度雷诺数的关联式.针对在美国Purdue大学开展的20％缩比X-51A进气道模型的风洞试验,分别开展了静音模式和噪声模式下风洞转捩的计算.计算的转捩区域与试验吻合.静音模式下进气道上没有发生转捩,噪声模式下在进气道上发生了转捩.噪声模式下修改后的γ-Reθt模型推迟了计算的转捩区域结束位置,与风洞试验比较吻合.比
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基于凹腔上游喷注,为研究超声速气流中横向射流火焰结构,进行了不同压降条件下的燃烧实验,采用单边扩张燃烧室,乙烯燃料由凹腔上游喷口进行喷注.利用高速相机成功观测到不同工况下乙烯燃烧现象,同时利用两台ICCD相机同步观测到乙烯燃烧中间组分CH基及OH基的分布.中等当量比下火焰为典型的剪切层火焰,CH基及OH基组分主要集中于凹腔后缘及剪切层内,近贫燃吹熄工况时火焰厚度变薄,火焰长度变短,CH基和OH基分