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零质量射流控制翼型跨声速激波抖振特性

空气动力学学报 2024年

作者：贾天昊高超王玉帅许和勇西北工业大学航空学院

跨声速激波抖振严重影响飞行器的安全性能和操纵性能。针对激波抖振的控制问题，提出采用基于尾缘吹/吸气的零质量射流方法，以NASA SC(2)-0714翼型为研究对象，通过风洞实验获得激波抖振的基本特性，基于雷诺应力模型求解非定常雷诺平... 详细信息

跨声速激波抖振严重影响飞行器的安全性能和操纵性能。针对激波抖振的控制问题，提出采用基于尾缘吹/吸气的零质量射流方法，以NASA SC(2)-0714翼型为研究对象，通过风洞实验获得激波抖振的基本特性，基于雷诺应力模型求解非定常雷诺平均Navier-Stokes方程开展数值模拟，研究了改变射流介入的时刻、攻角和自由来流的马赫数以及射流的强度对控制效果的影响。结果表明：零质量射流能够完全抑制翼型跨声速激波抖振，能否成功抑制以及控制效果的优劣与射流的介入时刻无关。射流在给定的多个翼型攻角和来流马赫数下都有效抑制了激波抖振，俯仰力矩系数的标准差基本下降了一个数量级以上，翼型升阻比平均提升超过10%，气动特性得到明显改善。射流强度能否抑制跨声速激波抖振存在临界值，当低于临界值时激波振荡减缓，当高于临界值时激波振荡完全被抑制。

关键词：抖振零质量射流激波跨声速非定常

零质量射流激励下诱发液体相变及其格子Boltzmann方法模拟

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物理学报 2014年第2期63卷 216-224页

作者：任晟张家忠张亚苗卫丁西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

使用格子Boltzmann方法对零质量射流激励下液体的相变演化过程进行了数值模拟和分析.首先,提出了此特定零质量射流进出口边界的处理格式.然后,结合Shan和Doolen提出的单组分多相模型,模拟了方腔内液体受到此零质量射流激励而诱发产生空... 详细信息

使用格子Boltzmann方法对零质量射流激励下液体的相变演化过程进行了数值模拟和分析.首先,提出了此特定零质量射流进出口边界的处理格式.然后,结合Shan和Doolen提出的单组分多相模型,模拟了方腔内液体受到此零质量射流激励而诱发产生空化的过程,着重分析了三个重要射流参数ε/T,T和v out/v in对方腔内液体相变的影响.分析表明:演化过程中方腔内气相节点数量在初始阶段急剧增长,然后经振荡趋于一个稳定值.由于ε/T和v out/v in可以反映射流在出入方腔两个过程间相互转换时的急剧变化,所以能够影响方腔中的液体相变的演化;而改变参数T并不影响射流速度的变化程度,所以T对液体相变的影响较弱.对于本文给定的参数取值,ε/T较小时,方腔内液体相变生成的孤立气泡脱离壁面;较大的ε/T下产生附着于方腔壁面的气泡,并且能够加速液体的相变进程;v out/v in的增加使方腔内相应的孤立气泡所覆盖的范围略有减小.研究结果揭示了零质量射流激励诱发的液体相变过程,为进一步探索液体空化的控制途径奠定了基础.

关键词：零质量射流相变空化格子Boltzmann方法

零质量射流作用下红细胞在微管道中变形的数值模拟

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物理学报 2020年第23期69卷 181-189页

作者：艾晋芳解军胡国辉上海大学力学与工程科学学院上海市应用数学和力学研究所上海市力学在能源工程中的应用重点实验室上海200072

因为在生物安全性和导入效率等方面的优势,基于力学方法实现基因导入日益得到学术界的重视.本文提出了一种基于零质量射流,对微管道中运动的细胞施加流体作用力,引起其发生变形,进而促使细胞膜上力敏通道开启的方法,并通过数值模拟进行... 详细信息

因为在生物安全性和导入效率等方面的优势,基于力学方法实现基因导入日益得到学术界的重视.本文提出了一种基于零质量射流,对微管道中运动的细胞施加流体作用力,引起其发生变形,进而促使细胞膜上力敏通道开启的方法,并通过数值模拟进行了理论验证.本文采用浸没有限元法,对红细胞在微管道内运动过程中受到零质量射流作用的变形情况进行数值模拟,探讨了如何高效地实现小分子物质导入细胞.数值模拟的重要参数有微管道内压力梯度Δp,零质量射流的振幅Am和频率f.经过对流场特征和红细胞受力情况的分析,发现当细胞某处表面张力T0大于临界表面张力τc时,细胞表面力敏通道打开,并得到每一时刻细胞力敏通道打开的百分比Popen.本文定义了通道开启积分I,以衡量在不同的流动参数情况下,细胞膜力敏通道的开启程度,进而探讨了压力梯度和射流振动频率、振幅对I值的影响,以寻找优化的工艺参数.该方法具有微制造工艺简单易行,在保证高通量导入的同时,便于对所施加的流体作用力进行精确控制的特点,这使得蛋白质、基因等物质实现跨膜输运,进入细胞并发生重编程成为可能.

关键词：浸没有限元法零质量射流力敏通道跨膜输运

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零质量射流对开式空腔气动噪声抑制效果分析

航空学报 2011年第6期32卷 1007-1014页

作者：杨党国吴继飞罗新福中国空气动力研究与发展中心空气动力学国家重点实验室四川绵阳621000

高速开式空腔流动,腔内存在较复杂的流场结构,在一定条件下腔内存在较为严重的压力、速度等脉动,诱发强烈噪声,声压级(SPL)甚至可高达170dB,对腔内的储藏物与空腔自身结构安全构成较大威胁,因此开式空腔噪声抑制方法成为争相研究的热点... 详细信息

高速开式空腔流动,腔内存在较复杂的流场结构,在一定条件下腔内存在较为严重的压力、速度等脉动,诱发强烈噪声,声压级(SPL)甚至可高达170dB,对腔内的储藏物与空腔自身结构安全构成较大威胁,因此开式空腔噪声抑制方法成为争相研究的热点。为此,对跨、超声速流动条件(马赫数Ma=0.9,1.5)下有、无零质量射流时开式空腔(长深比L/D=6)气动声学特性进行了较详细地分析,并通过综合对比分析空腔底面中心线上的声压级分布和不同测点的声压频谱(SPFS)特性,探讨了不同零质量射流方式对空腔气动噪声的抑制效果。研究结果表明,跨声速(Ma=0.9)条件下,采用的零质量射流对空腔内噪声有一定抑制效果,使得空腔前部区域声压级降低幅度比后部区域大,射流出口位于腔前壁上(射流方向平行来流)的射流方式对腔内噪声抑制效果要比射流出口位于腔前壁前(射流方向垂直来流)的射流方式好;超声速(Ma=1.5)条件下,采用的零质量射流对空腔内气动声学特性影响很小,对腔内噪声几乎无抑制效果。

关键词：空腔零质量射流气动噪声抑制方法声压级声压频谱

零质量射流及其在进气道流动控制中的应用研究

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工程力学 2015年第4期32卷 206-211页

作者：邵纯曹燕飞邹龙陈伟芳浙江大学航空航天学院杭州310027

该文采用数值方法,模拟了零质量射流激励器工作流场,并对其在超声速进气道流动中的控制效果进行了仿真研究。运用有限体积法求解N-S方程,空间离散采用Roe格式,时间离散采用基于LU-SGS的双时间步长方法。针对激励器压电振子的运动过程,... 详细信息

该文采用数值方法,模拟了零质量射流激励器工作流场,并对其在超声速进气道流动中的控制效果进行了仿真研究。运用有限体积法求解N-S方程,空间离散采用Roe格式,时间离散采用基于LU-SGS的双时间步长方法。针对激励器压电振子的运动过程,使用了基于广义无限插值方法的并行化动网格生成技术,并考虑几何守恒律。研究了零质量射流的非定常特性,获得了不同驱动频率下激励器出口附近的流动参数并与实验值进行对比,进一步分析了激励器驱动频率对进气道流动控制效果的影响。结果表明:数值方法能较为准确的描述零质量射流,将零质量射流激励器运用于进气道流动控制能有效改善进气道性能。

关键词：零质量射流流动控制进气道性能非定常流动数值模拟

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零质量射流推迟翼型失速的数值模拟

航空学报 2007年第5期28卷 1040-1046页

作者：韩忠华乔志德宋文萍西北工业大学航空学院翼型叶栅空气动力学国防科技重点实验室陕西西安710072

通过在具有分离流动的翼型表面局部地引入零质量射流干扰,可以较小的能量代价实现对翼型绕流的全局性主动控制,从而达到抑制分离、推迟翼型失速的目的。本文发展了零质量射流与翼型绕流干扰的数值分析方法。在格心有限体积法的基础上,... 详细信息

通过在具有分离流动的翼型表面局部地引入零质量射流干扰,可以较小的能量代价实现对翼型绕流的全局性主动控制,从而达到抑制分离、推迟翼型失速的目的。本文发展了零质量射流与翼型绕流干扰的数值分析方法。在格心有限体积法的基础上,空间离散采用AUSM+-up格式,时间推进运用含牛顿型LU-SGS子迭代的全隐式双时间法,且引入了预处理方法和多重网格法等技术。以TAU0015翼型失速主动控制为算例,通过在翼型上表面前缘附近引入零质量射流控制,使翼型失速特性得到改善。将计算结果与实验结果做了比较,验证了本文发展的数值模拟方法及程序的正确性。还以NACA0015翼型为例研究了射流动量系数、射流频率、射流偏角等关键参数对失速控制效果的影响,得出一些关于如何选择控制参数的结论。

关键词：主动流动控制零质量射流 N-S方程预处理方法多重网格法

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零质量射流激励器内外流动特性的PIV研究

实验流体力学 2008年第4期22卷 19-22,38页

作者：顾蕴松李斌斌程克明南京航空航天大学空气动力学系南京210016

设计了腔体透明的电磁式零质量射流激励器。采用非接触式瞬态流场测试技术,对激励器腔体内部和外部的流场进行了定量测量。研究了激励驱动信号频率变化对射流形成的影响,研究结果表明50Hz为射流的共振频率,可以产生最强的射流。比较和... 详细信息

设计了腔体透明的电磁式零质量射流激励器。采用非接触式瞬态流场测试技术,对激励器腔体内部和外部的流场进行了定量测量。研究了激励驱动信号频率变化对射流形成的影响,研究结果表明50Hz为射流的共振频率,可以产生最强的射流。比较和分析了共振频率下零质量射流平均和瞬态流场特性。同时观察到,在激励周期的'吸入'阶段,周围气体向激励器腔体内向补充,腔体内部也会产生反方向的'零质量射流'现象。

关键词：零质量射流激励器流场特性流场测试 PIV

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零质量射流与分离控制的数值模拟

空气动力学学报 2006年第1期24卷 46-50页

作者：肖中云牟斌陈作斌刘刚中国空气动力研究与发展中心四川绵阳621000

在非定常可压缩方程的求解当中引入预处理方法、多重网格等加速收敛技术,提高了可压缩方法处理低速问题的效率和精度。利用该方法对两个流动控制算例进行了数值模拟,首先模拟了零质量射流的外部流场,从射流中心线上的速度分布、射流宽... 详细信息

在非定常可压缩方程的求解当中引入预处理方法、多重网格等加速收敛技术,提高了可压缩方法处理低速问题的效率和精度。利用该方法对两个流动控制算例进行了数值模拟,首先模拟了零质量射流的外部流场,从射流中心线上的速度分布、射流宽度等方面均得到了和实验较为一致的结果。之后模拟了不同控制下的绕二维翼型的分离流动,包括有定常吸气和零质量射流,两种方法都不同程度上使分离泡长度缩小,分离区的压力升高,一定程度上显示了两种方法在分离流动控制上的应用潜力。

关键词：流动控制零质量射流可压缩方程非定常

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零质量射流控制凸包边界层分离的大涡模拟

工程热物理学报 2019年第1期40卷 90-97页

作者：祝健王晓东马璐康顺华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室北京102206

为了探索零质量射流孔间距λ对控制边界层分离的效果,以凸包边界层分离流动为例,在凸包最高点下游布置零质量射流孔,选取了4种射流孔间距,λ/D (D为孔直径)分别为2, 3, 4, 5。采用大涡模拟方法对凸包边界层分离流动及零质量射流流动进... 详细信息

为了探索零质量射流孔间距λ对控制边界层分离的效果,以凸包边界层分离流动为例,在凸包最高点下游布置零质量射流孔,选取了4种射流孔间距,λ/D (D为孔直径)分别为2, 3, 4, 5。采用大涡模拟方法对凸包边界层分离流动及零质量射流流动进行了数值模拟,并对有、无零质量射流控制时的凸包流场进行分析。结果表明,零质量射流产生与传统射流相似的时均速度场,激励时产生的射流使分离区内速度更加饱满;吹气时旋涡在孔后产生气动堵塞,同时将分离区外的高能流体卷入分离区内,使分离减小。吸气时孔上游边界层内低速流体被吸入孔内,孔附近边界层变薄,使分离推迟;当零质量射流孔间距λ/D=2时,间距太小,抑制了旋涡的展向发展。当λ/D=4, 5时,间距过大,旋涡不受抑制更容易扩散。当λ/D=3时,分离区最小。

关键词：零质量射流流动控制湍流分离大涡模拟