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黏性涡环的失稳与多级分叉行为

西安交通大学学报 2022年第4期56卷 83-90页

作者：张亚杰杜睿恒魏衍举杨亚晶西安交通大学能源与动力工程学院西安710049 西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室西安710049

为了探究液滴撞击液池形成涡环的长期演化行为,以不同浓度的甘油水溶液为对象,研究其在滴入水池后的形态变化,通过高速摄像机对整个过程进行捕捉,发现其由初始液滴形态转变为涡环再到涡环失稳的一系列演化行为,之后分析其失稳与分叉的... 详细信息

为了探究液滴撞击液池形成涡环的长期演化行为,以不同浓度的甘油水溶液为对象,研究其在滴入水池后的形态变化,通过高速摄像机对整个过程进行捕捉,发现其由初始液滴形态转变为涡环再到涡环失稳的一系列演化行为,之后分析其失稳与分叉的变化规律与主要影响因素。最后建立了涡环下沉速度的物理模型并进行了数学推导,建立了涡环前锋与尾部的运动无量纲表达式。研究表明,液滴入池后形成的涡环均不会一直稳定生长,而是在某一时刻发生失稳,失稳时刻与液滴本身属性有关。涡环解体为数个下沉的“手指”,在其下沉一定距离后,“手指”前锋沿其运动方向的垂向发生分叉,分叉后继续下沉,并重复出现自相似的分叉行为,且新产生的分叉前锋开始会获得一定程度的相对加速,最终涡环分解为一簇形如“皇冠”的分叉树。自始至终,其前锋与尾部运动均符合衰减运动的规律。本文对于由液滴撞击液池形成的涡环在池中的演变过程进行了时间和空间的拓展,且其由稳定涡环到突然失稳从而转变为分叉树的行为对流体中最复杂的湍流现象的形成机理具有一定的启发意义。

关键词：黏性涡环衰减失稳分叉

水平Rijke管自激振荡特性及抑制方法研究

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热能动力工程 2023年第2期38卷 48-55页

作者：杨亚晶李晓亚西安交通大学航天航空学院陕西西安710049 机械结构强度与振动国家重点实验室陕西西安710049

为了更好地抑制实际燃气轮机等动力装置中潜在的热声振荡现象,基于水平Rijke管开展了管内自激振荡特性及抑制方法的数值模拟和实验研究。首先,通过数值模拟研究获得了管内自激振荡发生的过程及频率特性,验证了Rijke管热声振荡所遵循的Ra... 详细信息

为了更好地抑制实际燃气轮机等动力装置中潜在的热声振荡现象,基于水平Rijke管开展了管内自激振荡特性及抑制方法的数值模拟和实验研究。首先,通过数值模拟研究获得了管内自激振荡发生的过程及频率特性,验证了Rijke管热声振荡所遵循的Rayleigh准则及纵向振荡模式;然后,结合实验测试与数值模拟研究,在Rijke管硬壁面上安装不同长度的穿孔背腔,随着背腔长度的增加,Rijke管内发声区间在缩短,并能有效降低热声振荡的声压幅值,实验结果与数值模拟结果吻合良好;进一步进行数值模拟研究,并在穿孔背腔这一被动控制方法的基础上通过小孔通以偏流作为主动控制因素,随着偏流马赫数的增加,管内振荡声压降低,振荡衰减,初步验证了穿孔背腔通偏流这一主/被动复合控制方法对热声振荡的有效抑制作用。

关键词： Rijke管热声振荡穿孔背腔偏流

强迫对流下正庚烷浸湿多孔球的火焰结构与波动特征

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中南大学学报（自然科学版） 2022年第12期53卷 4934-4943页

作者：张亚杰穆志强魏衍举杨亚晶刘圣华西安交通大学能源与动力工程陕西西安710049 西安交通大学航天学院机械结构强度与振动国家重点实验室陕西西安710049

为了探究强迫对流下燃料液滴的火焰结构和波动特征,利用被正庚烷浸润的多孔球来充当液滴,在环境压力下对其火焰施加不同温度和强度的气流(温度T=420~720 K和对流速度U=0.6~7.1 m/s)。使用高速摄影仪捕获火焰的实时图像,并通过自编Python... 详细信息

为了探究强迫对流下燃料液滴的火焰结构和波动特征,利用被正庚烷浸润的多孔球来充当液滴,在环境压力下对其火焰施加不同温度和强度的气流(温度T=420~720 K和对流速度U=0.6~7.1 m/s)。使用高速摄影仪捕获火焰的实时图像,并通过自编Python-OpenCV程序对表征火焰结构的参数进行提取,进而分析火焰的结构演化和瞬时波动特征。对火焰瞬时数据进行傅里叶变换处理。研究结果表明:随着对流速度增加,火焰几何结构变化剧烈,而雷诺数Re=300之后,其变化则趋于平缓。对于燃烧状态,火焰从黄色火焰到黄-蓝分层火焰、再到蓝色火焰的转变随雷诺数的变化呈阶跃型规律进行,在这个过程中Re=200及Re=400为两个关键转变点。处于强迫对流下的多孔球尾迹火焰的瞬时波动呈现明显的周期性,其频率主要由球后卡门涡旋的脱落频率决定。

关键词：火焰结构火焰波动多孔球正庚烷

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气泡在水中的之字形与螺旋上升轨迹机理研究

西安交通大学学报 2023年第3期57卷 212-220页

作者：穆志强张亚杰魏衍举杨亚晶刘圣华西安交通大学能源与动力工程学院西安710049 西安交通大学航天航空学院西安710049

为了深入研究气泡在水中自由上升轨迹为之字形或螺旋形的运动机理,通过实验观察气泡上升运动过程及形状变化,从宏观受力的角度,将气泡路径和尾涡耦合起来,从两个正交角度进行拍摄,获得了气泡三维运动轨迹,分析了其运动波动特征,从浮力... 详细信息

为了深入研究气泡在水中自由上升轨迹为之字形或螺旋形的运动机理,通过实验观察气泡上升运动过程及形状变化,从宏观受力的角度,将气泡路径和尾涡耦合起来,从两个正交角度进行拍摄,获得了气泡三维运动轨迹,分析了其运动波动特征,从浮力和尾涡牵引力的动态平衡解释了气泡之字形运动的机理。结果表明,之字形运动是由于气泡尾部涡的脱落及边缘负压大小的变化导致的,具体形成之字形还是螺旋形轨迹取决于低压点转移路径——沿经线还是纬线。对于扁平气泡,低压点沿经线转移,形成之字形轨迹;对于球度较圆气泡,低压点沿纬线转移,从而形成螺旋形运动轨迹。螺旋轨迹较之字形轨迹上升速度更快,振动频率更低。

关键词：气泡路径尾部涡脱落尾部涡边缘负压振荡频率

旋流预混燃烧室燃烧特性及排放特性的数值模拟研究

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热能动力工程 2023年第9期38卷 12-20页

作者：杨亚晶刘志鹏魏衍举西安交通大学航天航空学院陕西西安710049 西安交通大学能源与动力工程学院陕西西安710049

为了综合考察燃气轮机燃烧室在高稳定性、低排放以及燃料适应性等方面的新要求,基于旋流预混燃烧技术,通过三维数值模拟方法开展了甲烷/空气、丙烷/空气预混燃烧特性及排放特性研究。结果表明:在一定的预混气进气质量流量条件下,当量比... 详细信息

为了综合考察燃气轮机燃烧室在高稳定性、低排放以及燃料适应性等方面的新要求,基于旋流预混燃烧技术,通过三维数值模拟方法开展了甲烷/空气、丙烷/空气预混燃烧特性及排放特性研究。结果表明:在一定的预混气进气质量流量条件下,当量比增大易引发回火,燃烧温度更高,同时NOx排放指数增大,增加预混气质量流量,可在一定程度上提高回/熄火极限;当量比固定,增加预混气进气质量流量可避免潜在的回火现象,且NOx排放指数线性降低;旋流器的旋流数增大能形成强旋流,稳定火焰,降低NOx排放指数,但过大的旋流强度会引发回火现象;相比于甲烷/空气预混燃烧,丙烷/空气预混燃烧温度偏高,NOx排放指数较大,但回熄火边界更宽,对应更广阔的稳定燃烧区间。

关键词：旋流预混燃烧甲烷丙烷当量比回火熄火排放指数

“航空发动机总体设计”实践教学改革探索研究

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装备制造技术 2022年第2期 89-91页

作者：薛瑞初哲杨亚晶西安交通大学航天航空学院机械结构强度与振动国家重点实验室陕西西安710049

目前,我国正在实施创新驱动发展、“中国制造2025”“互联网+”“网络强国”和“一带一路”等重大战略,迫切需要培养大批新兴工程科技人才。为积极响应我国航空发动机研制战略需求和教育部“卓越工程师教育培养计划”(即卓工计划),在飞... 详细信息

目前,我国正在实施创新驱动发展、“中国制造2025”“互联网+”“网络强国”和“一带一路”等重大战略,迫切需要培养大批新兴工程科技人才。为积极响应我国航空发动机研制战略需求和教育部“卓越工程师教育培养计划”(即卓工计划),在飞行器动力工程专业人才培养中,设立“航空发动机总体设计”课程是促进学生理解航空发动机总体性能特征、建立发动机设计理念的重要环节。研究分析了该课程在实际讲授过程中所面临的现状和问题,指出目前在教学内容、方式和手段中存在的主要问题,探讨了近年来西安交通大学航天航空学院针对航空发动机设计类课程实践教学的构建思路与相关举措。在航空发动机总体设计教学改革中,从工程实际需求出发,引入当前工程单位主要设计理念与流程,采用校企联合授课及开展虚拟实验等多种教学手段对学生进行培养,相比于以往单纯讲解发动机总体设计理论,使学生能够更为清晰地掌握发动机性能分析及设计基本流程,能够更好地解析并区分不同设计要求下开展性能分析的起点与程序,使知识真正融入到学生的思维框架之中,起到了很好的教学效果。

关键词：航空发动机教学改革工程理念总体性能概念设计

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庄子美学与唐宋文人的碰撞及哲学价值

文学教育(下) 2023年第2期 31-33页

作者：杨亚晶魏江月西安交通大学航天学院

庄子作为道家学派重要的代表人物，其思想在中国传统哲学中占据着举足轻重的地位。在《庄子》恣意汪洋的世界里，有着自然美、自由美、人格美甚至死亡美，在唐诗宋词的赏析中我们能体会庄子美学所带来的巨大能量，庄子这位先哲站位高远... 详细信息

庄子作为道家学派重要的代表人物，其思想在中国传统哲学中占据着举足轻重的地位。在《庄子》恣意汪洋的世界里，有着自然美、自由美、人格美甚至死亡美，在唐诗宋词的赏析中我们能体会庄子美学所带来的巨大能量，庄子这位先哲站位高远，以超脱的人生经验为历代文人政客指点迷津。因此，传统哲学的意义不仅仅在于传达人文思想之根，更在于历经时间的考验不断给现世的人们带来心灵启迪，照亮前行的路。

关键词：庄子庄子美学唐诗宋词中国传统哲学

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Rijke管热声不稳定的实验研究

西安交通大学学报 2014年第5期48卷 21-26页

作者：杨亚晶王万征西安交通大学航天航空学院西安710049 西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室西安710049

针对推进系统常发生的具有破坏性的热声振荡现象,为了获得热声振荡的共振频率信息并提供一种有效的抑制途径,自行搭建了Rijke管热声振荡实验测试平台,在不同热源位置、不同热源功率及不同空气流速等条件下测量了热声振荡的频率及声压。... 详细信息

针对推进系统常发生的具有破坏性的热声振荡现象,为了获得热声振荡的共振频率信息并提供一种有效的抑制途径,自行搭建了Rijke管热声振荡实验测试平台,在不同热源位置、不同热源功率及不同空气流速等条件下测量了热声振荡的频率及声压。实验测得的热声振荡频率均在110~117Hz之间,属低频振荡,且热声振荡的频率和声压随热源功率和空气流量的增加整体呈现升高的趋势;相反,随着热源的后移,共振频率下降,当热源在Rijke管的1/4处时,热声振荡的发声强度达到最大。此外,随着热源功率和空气流速的增加,热声不稳定的区域随之增大。实验结果与理论计算结果吻合良好,从而可为推进系统热声振荡的主被动联合控制方法提供丰富、可靠的实验数据。

关键词：推进系统 Rijke管热声振荡主被动联合控制

Mg-O_2和Mg-CO_2预混气燃烧特性及热声振荡的数值模拟研究

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推进技术 2019年第2期40卷 363-375页

作者：杨亚晶谢伟魏衍举西安交通大学航天学院机械结构强度与振动国家重点实验室陕西西安710049

基于金属镁在高超声速飞行器及火星探测器上的应用,为探讨金属燃料在不同氧化剂环境中的燃烧特性及热声不稳定性机理,开展了数值模拟研究。考虑镁蒸气与O_2和CO_2两种氧化剂的剧烈反应区,构建了预混燃烧的二维燃烧室模型,详细探讨了预... 详细信息

基于金属镁在高超声速飞行器及火星探测器上的应用,为探讨金属燃料在不同氧化剂环境中的燃烧特性及热声不稳定性机理,开展了数值模拟研究。考虑镁蒸气与O_2和CO_2两种氧化剂的剧烈反应区,构建了预混燃烧的二维燃烧室模型,详细探讨了预混气当量比、预混气初温及入口速度等对燃烧特性及热声振荡特性的影响规律,并与CHEMKIN计算结果进行了比较分析。结果表明,较高的当量比下燃烧室的燃烧速率更快,燃烧平衡温度更高,此外增加预混气初温能加快燃烧室燃烧速率,而更高的入口速度会使燃烧室的压力振荡从低频高振幅振荡向高频低振幅振荡转化。燃烧室的压力振荡同时存在轴向振荡和径向振荡,振荡曲线为高频振荡和低频振荡的不同组合。入口速度对燃烧室压力振荡有较大影响,入口速度越快,振荡频率越高,而声压级越低。此外,预混气当量比和预混气初温对燃烧室的压力振荡也有一定影响。

关键词：金属燃料镁燃烧机理热声振荡