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激波管内压力脉冲演化特性及模拟空爆冲击波的方法研究

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兵工学报 2023年第12期44卷 3815-3825页

作者：周岳兰裴鲁龙仁荣张庆明刘博文任健康北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081 西安机电信息技术研究所陕西西安710065

为利用激波管实现空中爆炸冲击波的模拟,开展了管内压力脉冲演化特性的研究。结合激波管内压力脉冲特性的实验和数值模拟,分析高压气体驱动激波管内形成类似于空中爆炸冲击波激波的过程,总结得到激波管参数对激波特征的影响规律。研究... 详细信息

为利用激波管实现空中爆炸冲击波的模拟,开展了管内压力脉冲演化特性的研究。结合激波管内压力脉冲特性的实验和数值模拟,分析高压气体驱动激波管内形成类似于空中爆炸冲击波激波的过程,总结得到激波管参数对激波特征的影响规律。研究结果表明:激波管内产生的激波是平面波;适当调整激波管高压段与低压段的长度比,可以使低压段内反射稀疏波追赶上右行激波波阵面,在追上位置处形成类似空中爆炸冲击波的激波,高压段压力和长度的减小,稀疏波更容易追赶上激波波阵面;结合量纲分析,建立了形成模拟空中爆炸冲击波所需最小低压段长度,以及所形成的激波峰值超压、正压持续时间等特征参量与激波管内压力、长度等参数之间的关系,为模拟空中爆炸冲击波激波管的设计提供基础理论和数据支撑。

关键词：激波管激波冲击波超压正压持续时间

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激波及其干扰主动流动控制研究进展

航空学报 2023年第15期44卷 146-166页

作者：罗振兵谢玮解旭祯周岩刘强国防科技大学空天科学学院长沙410073

激波及其干扰是超声速/高超声速飞行器内外流中广泛存在的流动现象,且会带来阻力增大、压力载荷和热载荷剧增以及低频非定常振荡等严重问题,严重影响飞行器航程、结构寿命和飞行安全。主动流动控制技术作为解决上述问题的新思路,近年来... 详细信息

激波及其干扰是超声速/高超声速飞行器内外流中广泛存在的流动现象,且会带来阻力增大、压力载荷和热载荷剧增以及低频非定常振荡等严重问题,严重影响飞行器航程、结构寿命和飞行安全。主动流动控制技术作为解决上述问题的新思路,近年来受广泛关注且有望成为未来飞行器设计新的自由度。对近年应用于激波控制、激波/激波干扰控制及激波/边界层干扰控制的主动流动控制技术研究进展进行综述,重点讨论主动射流、激光能量沉积及等离子体放电等主动流动控制技术的作用效果与控制机理,并对目前激波及其干扰主动流动控制方式存在的不足进行展望。

关键词：激波激波/激波干扰激波/边界层干扰主动流动控制主动射流激光能量沉积等离子体放电

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二维平面激波折射的理论计算方法

物理学报 2023年第6期72卷 182-199页

作者：贾雷明王智环王澍霏钟巍田宙西北核技术研究所西安710024 清华大学工程物理系北京100084

围绕二维平面激波与物质界面作用,建立了流场波系结构的理论计算方法.首先分析了界面两侧激波独自沿界面传播过程,识别了两类正规折射和三类非正规折射;然后,根据两侧扰动沿界面传播的相对快慢,得到了三种不同的作用情形.与已有的Cather... 详细信息

围绕二维平面激波与物质界面作用,建立了流场波系结构的理论计算方法.首先分析了界面两侧激波独自沿界面传播过程,识别了两类正规折射和三类非正规折射;然后,根据两侧扰动沿界面传播的相对快慢,得到了三种不同的作用情形.与已有的Catherasoo方法相比,此方法:1)考虑了激波波后紧邻波阵面流场中扰动对界面附近折射的影响,区分了扰动的强弱及其是否可以追赶上激波阵面;2)除了少数情形外,大都基于Euler方程精确解描述流场中波系相互作用.利用该方法对马赫数1.17的激波与空气/SF6界面作用进行计算,得到的波系结构与数值结果、已有实验数据基本一致,透射波阵面与水平方向夹角吻合程度优于Catherasoo结果;给出了反射波参数、界面偏折角度等,而Catherasoo方法不能计算这些参数.对于马赫数2.00的激波,通过比较不同介质密度比和界面倾角下的理论与数值结果,发现此方法对波系类型的识别比Catherasoo方法更为准确,且识别了波后强扰动追赶上激波形成三波结构的折射类型,后者无法识别此类型.上述结果表明,新方法具有良好的适用性,对波系类型的识别较已有方法的准确度更高,可获取更为丰富的波系结构信息.

关键词：激波正规/非正规折射波系结构理论计算

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高压燃油诱导激波对喷雾演化规律的影响

内燃机学报 2022年第2期40卷 106-112页

作者：李越王明雨张少君于福临宋磊董全山东交通学院航运学院山东威海264200 哈尔滨工程大学动力与能源工程学院黑龙江哈尔滨150001

采用纹影法对高压燃油喷射下的诱导激波现象进行可视化试验,结合喷油规律曲线,分析了激波对喷雾演化规律及雾化特性的影响.结果表明:在相同的燃油喷射压力及背景密度条件下,激波的产生和传播对喷雾贯穿距离的发展具有促进作用,但是对喷... 详细信息

采用纹影法对高压燃油喷射下的诱导激波现象进行可视化试验,结合喷油规律曲线,分析了激波对喷雾演化规律及雾化特性的影响.结果表明:在相同的燃油喷射压力及背景密度条件下,激波的产生和传播对喷雾贯穿距离的发展具有促进作用,但是对喷雾径向发展影响不大.激波对喷雾轴向的促进会进一步增强喷雾对空气的卷吸作用,有助于喷雾的快速雾化.同时,笔者提出了燃油喷射激波角计算的经验公式,实现了燃油喷射过程激波角的预测,预测结果与试验结果吻合较好.

关键词：燃油喷雾激波纹影法

真空管道磁悬浮列车气动特性及激波效应三维研究

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铁道科学与工程学报 2023年第2期20卷 412-422页

作者：陈雨成秦斌梁习锋中南大学交通运输工程学院湖南长沙410075

近年来,真空管道列车系统以其减阻降噪、高速运行的特点成为高速列车新的研究方向。真空管道列车运行环境复杂多变,对管道内部气动特性及流场结构的研究在真空管道列车的设计和优化中尤为重要。研究基于SST k-ω湍流模型及大涡模拟方法... 详细信息

近年来,真空管道列车系统以其减阻降噪、高速运行的特点成为高速列车新的研究方向。真空管道列车运行环境复杂多变,对管道内部气动特性及流场结构的研究在真空管道列车的设计和优化中尤为重要。研究基于SST k-ω湍流模型及大涡模拟方法,采用三维数值模型对阻塞比为0.15的真空管道磁悬浮列车系统在马赫数为0.490~0.980的来流条件和0.3~0.1 atm的管道压力下进行稳态和非稳态模拟,得到列车周围外部流场的气动特性,详细阐述了列车尾流激波的形成和传播。根据不同来流马赫数和压力条件将流场分为3类典型工况,并沿流动方向将流场分为5个区域分析流场特性。结果表明,随着来流马赫数从0.490增加到0.654,尾车肩部开始出现激波。随着来流马赫数进一步增加至0.817,尾流区域出现斜激波、“X”型激波结构等复杂流动现象,不同来流马赫数条件下跨声速流场中的气流马赫数分布相似,压力系数呈现梯度分布。激波与尾涡、边界层相互干涉与融合,成为尾流流场的主要结构。研究成果可为真空管道列车不同来流速度和不同真空度情况尾流激波抑制以及气动阻力优化设计提供工程指导。

关键词：真空管道高速磁悬浮列车数值模拟激波

纳秒脉冲等离子体激励控制低雷诺数压气机叶栅激波/附面层干扰探索研究

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工程热物理学报 2023年第4期44卷 903-913页

作者：汪一舟张海灯吴云李应红盛佳明空军工程大学航空工程学院等离子体动力学重点实验室西安710038 西安交通大学机械学院西安710048

为了揭示等离子体激励调控低雷诺数压气机叶栅激波/附面层干扰的机理,本文选取典型超音速压气机预压缩叶型,利用大涡模拟研究了纳秒脉冲等离子体激励对低雷诺数下超音速压气机叶型附面层流动的调控作用。首先对低雷诺数工况下超音速压... 详细信息

为了揭示等离子体激励调控低雷诺数压气机叶栅激波/附面层干扰的机理,本文选取典型超音速压气机预压缩叶型,利用大涡模拟研究了纳秒脉冲等离子体激励对低雷诺数下超音速压气机叶型附面层流动的调控作用。首先对低雷诺数工况下超音速压气机叶型流动特性和叶栅通道激波系结构进行了研究,以此设计了两种等离子体激励布局。研究发现,位于叶片吸力面和压力面附面层分离点前的等离子体激励均可通过诱导产生畸变团,触发分离剪切层的K-H不稳定并进一步形成展向大涡结构,促进主流与分离区低能流体之间的掺混从而抑制流动分离。同时叶栅通道激波系结构发生改变,分离区形态与通道激波位置相互关联耦合,附面层黏性损失和激波损失占比变化不尽相同。

关键词：压气机叶栅附面层激波等离子体激励流动控制

脉冲激光等离子体与正激波相互作用的PIV实验研究

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力学学报 2023年第5期55卷 1063-1074页

作者：王殿恺石继林黄龙呈文明张腾飞航天工程大学激光推进及其应用国家重点实验室北京101416

脉冲激光等离子体与超声速流场相互作用在飞行器减阻隔热、点火助燃等方面具有重要的应用价值.纹影实验方法只能定性或半定量地反映流动状态.为定量研究速度分布和旋涡结构,针对激光等离子体及其与正激波相互作用过程开展粒子图像测速PI... 详细信息

脉冲激光等离子体与超声速流场相互作用在飞行器减阻隔热、点火助燃等方面具有重要的应用价值.纹影实验方法只能定性或半定量地反映流动状态.为定量研究速度分布和旋涡结构,针对激光等离子体及其与正激波相互作用过程开展粒子图像测速PIV实验研究.在激波管实验平台上建立了纳秒脉冲激光能量沉积系统和PIV测量系统,通过定量测量,探明了激光等离子体引致的激光空气泡以及热核的流动特性,揭示了激光等离子体在正激波冲击下的流动特性与演化规律,并给出了激光能量大小和位置对相互作用过程的影响.结果表明:激光空气泡内的速度分布在激光入射方向上并不关于击穿点对称,而是在靠近激光入射方向一侧的流速略大于远离激光入射方向一侧;斜压导致热核在演化初期产生涡环,后期则由剪切主导;正激波与激光空气泡界面、热核界面相互作用时,产生斜压涡量,当激光能量为87.8 mJ、正激波马赫数1.4时,热核在正激波作用下产生的涡量比在静止空气中演化时大1个数量级;激光与正激波相互作用的关键过程是热核在正激波冲击下演化成涡环,在激波波前注入激光能量能够获得更加显著的涡环.

关键词：脉冲激光等离子体激波粒子图像测速流动控制

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超临界二氧化碳超声速流动中的激波问题研究

推进技术 2023年第4期44卷 58-67页

作者：李云柱何刚赵玉新杨瑞国防科学技术大学高超声速冲压发动机技术重点实验室湖南长沙410073

对于理想气体而言,激波前后的流动参数变化受马赫数和气体比热比的影响,但对于超临界二氧化碳(S-CO_(2)),其物性规律在临界点附近变化显著,使得激波后的流动参数难以预估。本文通过推导激波关系式,并结合S-CO_(2)物性数据库,建立激波计... 详细信息

对于理想气体而言,激波前后的流动参数变化受马赫数和气体比热比的影响,但对于超临界二氧化碳(S-CO_(2)),其物性规律在临界点附近变化显著,使得激波后的流动参数难以预估。本文通过推导激波关系式,并结合S-CO_(2)物性数据库,建立激波计算的数值迭代程序,对S-CO_(2)超声速流动中的正激波和斜激波进行研究,并将理论分析结果和CFD仿真结果进行对比。结果表明:激波压缩不会造成气态CO_(2)向液态CO_(2)转变,但会使得气态或液态CO_(2)向超临界态转变;CO_(2)正激波前后压比随马赫数变化主要受来流相态影响,温度比变化则主要受来流初始参数影响;S-CO_(2)正激波波后参数在不同来流条件下的变化趋势具有相似性,当来流压力在临界压力附近时,波后流动参数变化剧烈;马赫数越高,激波出现最小熵增时对应的来流温度-压力曲线越靠近准临界线;在准临界线两侧,S-CO_(2)的斜激波脱体角度随来流压力增大分别呈现出“类气体”和“类液体”的变化特性。

关键词：超临界二氧化碳临界点超声速流动激波激波极曲线

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激波与轻质气柱作用过程的磁场抑制特性研究

物理学报 2024年

作者：张升博张焕好张军毛勇建陈志华石启陈郑纯南京理工大学瞬态物理国家重点实验室南京理工大学能源与动力学院中国工程物理研究院总体工程研究所

本文采用CTU(Corner Transport Upwind)+CT (Constrained Transport)算法求解理想可压缩磁流体动力学(magneto-hydro-dynamic， MHD)方程，仿真研究了不同方向磁场控制下高斯分布轻质气柱界面受平面冲击波扰动后的演化过程，揭示了磁... 详细信息

本文采用CTU(Corner Transport Upwind)+CT (Constrained Transport)算法求解理想可压缩磁流体动力学(magneto-hydro-dynamic， MHD)方程，仿真研究了不同方向磁场控制下高斯分布轻质气柱界面受平面冲击波扰动后的演化过程，揭示了磁场方向对界面不稳定性的影响机理. 仿真结果探讨了有/无磁场作用下流场特性与波系结构的发展，对比分析了磁场方向对气柱的长度、高度、射流宽度和体积压缩率的影响，并结合流场上半区环量、能量分量、速度和磁场力分布，多角度分析了磁场方向对界面不稳定性的影响机理. 结果表明，磁压力推动涡量远离界面，降低了涡量在密度界面上的沉积而附着在分裂后的涡层上，从而有效抑制Richtmyer-Meshkov不稳定性对界面的影响; 由于磁张力附着在被分离的涡层上，且其作用方向与界面因速度剪切而卷起涡的方向相反，因此抑制了界面因Kelvin-Helmholtz不稳定性而形成涡串. 另外，纵向磁场控制下的磁张力反作用于中轴射流方向，同样抑制了Rayleigh-Taylor 不稳定性的发展.

关键词： Richtmyer-Meshkov不稳定性磁流体动力学激波高斯界面