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2016年  第30卷  第5期

基础研究及应用
湍流边界层外区超大尺度相干结构相位平均波形
白建侠, 郑小波, 姜楠
2016, 30(5): 1-8. doi: 10.11729/syltlx20160064
摘要(28) HTML (13) PDF(2)
摘要:
用IFA300恒温式热线风速仪和X形二分量热线探针精细测量了风洞中平板湍流边界层不同法向位置的瞬时流向、法向速度分量的时间序列信号。通过对不同速度分量进行子波变换,得到了近壁区和外边界区流向和法向脉动速度分量的分尺度湍动能随尺度的分布,在外边界区发现流向脉动速度和法向脉动速度的能量最大尺度随法向坐标远离壁面增大,相干结构的平均猝发周期也相应增加,说明在外区存在超大尺度的相干结构。采用条件采样和相位平均技术,提取了近壁区和外边界区能量最大尺度相干结构流向及法向速度的喷射和扫掠的条件相位平均波形,发现流向和法向脉动速度及雷诺应力喷射和扫掠事件的条件相位波形较近壁区都发生了改变。雷诺应力负的幅值显著降低,雷诺应力表现为正负交替的波动现象。
冲击作用下液滴在环境液体中的变形破碎行为
廖斌, 张桂夫, 王鲁海, 朱雨建, 杨基明
2016, 30(5): 9-16. doi: 10.11729/syltlx20160029
摘要(69) HTML (40) PDF(0)
摘要:
采用基于液-液体系的坠落实验装置对冲击作用下单个液滴在环境液体中的变形破碎行为进行了实验研究。针对高速摄影捕捉到的5种液滴典型变形破碎模式进行了定量化考察和规律性分析。结果表明,液滴初始直径、液滴与环境液体的密度比和粘度比、界面张力系数以及坠落高度等实验参数相互组合可以得到相似的实验结果,其中We数是区分液滴变形破碎模式的关键参数。进一步研究液滴变形破碎模式与无量纲参数的依赖关系发现,在1 < We < 700、0.001 < Oh < 0.005的实验条件范围内,液滴变形破碎模式与Oh数无明显依赖关系,而在We数相近情况下,液滴变形破碎模式呈现明显的相似性。
开孔壁蜂窝器整流特性实验研究
符澄, 彭强, 李毅, 廖达雄, 吕金磊, 朱博
2016, 30(5): 17-22. doi: 10.11729/syltlx20150111
摘要(19) HTML (9) PDF(1)
摘要:
蜂窝器是安装在风洞稳定段中用来提高风洞试验段气流均匀性、降低气流偏角及湍流度的重要整流装置。普通的实壁蜂窝器需要通过提高蜂窝器单元的长径比来达到提升整流特性的目的,但同时带来了损失系数增加等问题。设计了一种在蜂窝单元壁面开孔的蜂窝器,通过蜂窝器壁面上的开孔,实现了蜂窝器单元之间的旋涡和压力的传递,可以有效地提高蜂窝器的整流效果。在0.55m×0.4m低噪声航空声学风洞闭口试验段中,在不同来流速度条件下,使用热线风速仪对普通蜂窝器和开孔壁蜂窝器下游的速度及湍流度分布特性进行了试验研究。实验结果表明,与普通的实壁蜂窝器相比,开孔率为50%的开孔壁蜂窝器下游的湍流度可降低13.8%,蜂窝器下游的速度分布得到了改善,局部气流偏角也明显减小。在风洞设计中,使用优化后的开孔壁蜂窝器可以减少阻尼网的层数或收缩段的收缩比,从而降低风洞的运行能耗,并减少风洞的建设费用。
屋面雪荷载分布风洞试验研究
王卫华, 黄汉杰
2016, 30(5): 23-28. doi: 10.11729/syltlx20160039
摘要(38) HTML (8) PDF(1)
摘要:
为了预测屋面雪荷载分布,采用细石英砂粒子模拟风吹雪进行风洞试验研究,通过降雪模拟和均匀重分布试验,获得了几种典型屋面的积雪系数分布,并与中国荷载规范进行了比较。结果表明:当试验风速达到阈值风速后,测量的风洞流场有效气动粗糙长度随着风速增加而增大,显示出风吹雪边界层流场的典型特性;试验获得的阶梯形屋面积雪系数均小于中国荷载规范值;单跨双坡屋面的迎风屋面积雪系数可能会超过荷载规范值,特别是20°屋面,而10°屋面积雪系数随时间发展逐渐减小,并最终在规范值之内。在模拟降雪试验中,双跨双坡屋面的第一个迎风屋面积雪系数相对较大,但小于荷载规范值;在均匀重分布试验中,双跨双坡屋面的最大积雪系数均在第一个背风屋面的屋脊后方,其值接近1.5,超过了荷载规范值。
钝体超空泡倾斜穿过自由面出水实验及数值模拟
施红辉, 陈波, 王昀
2016, 30(5): 29-35. doi: 10.11729/syltlx20150154
摘要(14) HTML (6) PDF(1)
摘要:
超空泡弹体带迎角地穿过自由面时,自然空化空泡转变为充气空泡,这个过程对于评估潜射导弹的可靠性非常关键。本文对该过程进行了实验研究、理论分析和数值模拟。研究发现,当超空泡倾斜地与自由面接触后,更容易形成充气空泡。当水中物体突然进入空气中,物体速度会有一个跃增。应用数值仿真软件,采用多相流模型模拟了航行体倾斜出水时超空泡从生长到溃灭的整个过程。计算结果表明,当超空泡物体接近自由面时,自由面抬高隆起,超空泡下部的压力大于上部的压力。但是通过对比实验数据后发现,计算软件中的Schnerr and Sauer空化模型不适用于超空泡与自由面相互作用之后的充气空泡。
某运输机加装失速条气动特性研究
刘毅, 赵晓霞, 欧阳绍修, 袁志敏
2016, 30(5): 36-41. doi: 10.11729/syltlx20160012
摘要(18) HTML (10) PDF(0)
摘要:
为改善某运输机着陆襟翼构型失速急剧滚转问题,采用数值计算和风洞实验方法优选了机翼失速条的外形参数,并对气动力和流场特性进行了研究分析。以失速条高度H和安装位置距离前缘的长度S为设计变量,采用求解RANS方程的方法研究了失速条对着陆构型翼型二维特性的影响,表明S越小(即越靠近上翼面)失速迎角提前越多,H增大也能使失速迎角提前但敏感性小于S。失速条后方产生了分离气泡且随迎角增加而逐渐增大增长,在破裂后导致翼型失速提前,使升力线出现圆弧形的失速特征。设计了4种失速条在机翼上的平面布局方案,通过缩比模型风洞实验验证表明:40%半展长处展向长度2m,S=0的失速条使升力线由急剧失速变为平顶型失速并消除了失速后的不对称滚转力矩,将此失速条展长缩小一半的2种方案也不同程度地改善了失速形态,15%半展长处失速条对失速特性无明显改善,主要原因是气流分离从约40%半展长处开始发生,失速条安装在这一展向位置时才能发挥作用。
高超声速风洞子母弹大迎角抛壳投放试验
蒋增辉, 宋威, 陈农, 贾区耀
2016, 30(5): 42-48. doi: 10.11729/syltlx20160020
摘要(46) HTML (21) PDF(0)
摘要:
在高超声速风洞中开展了投放模型试验,对在高超声速(Ma=5)及母弹处于大迎角(25°)状态下,子母弹壳片抛射过程的分离特性进行了研究,观察到了壳片从母弹的分离过程,对处于母弹迎风面壳片和处于母弹背风面壳片的运动轨迹,以及x向、y向位移和总位移随时间的变化规律进行了分析和对比。研究发现,迎风面和背风面壳片运动轨迹截然不同,但壳片的运动轨迹发展根据其运动特点均可分为2个阶段。迎风面和背风面壳片x方向的位移运动均可明显地分为位移缓慢变化和位移迅速增大2个阶段,而y向位移均无明显的阶段变化,但迎风面壳片y向运动速度总体上大于背风面壳片。迎风面和背风面壳片的总位移曲线也可明显地分为总位移较缓慢变化(总速度较为恒定)和迅速变化2个阶段。
测量技术
大流量减压器出口压力上漂的机理分析与抑制
牟万辉, 李海涛, 刘伟强
2016, 30(5): 49-54. doi: 10.11729/syltlx20150142
摘要(11) HTML (9) PDF(0)
摘要:
大流量气调式气体减压器是飞行器地面试验系统的关键设备,针对减压器在大流量长程试验过程中出现的出口压力上漂问题进行了建模分析、控制系统设计与试验验证。对减压器活动组件进行力学分析,建立活动组件稳态工作模型,分析得到由于气源压力下降导致了减压器出口压力上漂,并可以通过调节控制腔压力的方式加以抑制。基于可编程逻辑控制器(PLC)设计了一套压力反馈式控制系统,通过传感器采集出口压力信号,并利用带有高速电磁阀的增压罐对控制腔气体压力进行调节,实现了对出口压力的自动稳定控制。在16~27kg/s的气体质量流量下,长程试验结果表明,该控制系统工作稳定可靠,成功地抑制了减压器出口压力的上漂。
OH和CH2O平面激光诱导荧光同时成像火焰结构
朱家健, 赵国焱, 龙铁汉, 孙明波, 李庆, 梁剑寒
2016, 30(5): 55-60. doi: 10.11729/syltlx20160026
摘要(82) HTML (41) PDF(3)
摘要:
OH和CH2O平面激光诱导荧光(PLIF)同时成像技术在研究火焰结构和燃烧反应中间产物二维分布等方面能够发挥重要作用。OH的分布被用来表征火焰反应区的结构,而CH2O的分布则被用来显示火焰预热区的分布。利用OH和CH2O PLIF同时成像技术研究了甲烷/空气部分预混火焰的结构。从实验系统、光路调节、时序同步、OH A-X(1,0)扫谱、数据采集和处理等方面讨论了PLIF同时成像技术的实验方法。实验结果表明,OH和CH2O PLIF同时成像能够分别呈现甲烷/空气部分预混火焰反应区和预热区不同形状的瞬时结构;由于反应区在相邻位置的结合,在火焰中能够局部生成新的分裂的预热区。
飞行器滚转阻尼导数测量试验技术研究
梁彬, 赵俊波, 付增良, 高清, 张石玉
2016, 30(5): 61-66. doi: 10.11729/syltlx20150158
摘要(10) HTML (10) PDF(0)
摘要:
介绍了中国航天空气动力技术研究院针对滚转阻尼导数试验中不同试验要求,为航空航天飞行器开展的多项滚转阻尼导数风洞试验技术研究。针对不同模型,分别采用一体式弹性铰自由振动试验技术、组合式弹性铰自由振动试验技术和基于气浮轴承的自由滚转试验技术进行了多项试验,对机械阻尼特性、试验频率和抗载荷能力等关键性能进行了综合分析和研究。风洞试验结果表明:合理利用各项试验技术进行试验,试验数据大小合理、规律性好;各试验技术能够满足不同的试验振动频率范围,并且体现出了机械阻尼量级的规律性变化。针对不同飞行器外形进行风洞试验时,应结合试验要求和多方面因素选取合适的试验技术和试验方案。
双锥流量计气水两相流流量测量实验研究
安雅丽, 徐志鹏, 刘铁军, 谢代梁
2016, 30(5): 67-73. doi: 10.11729/syltlx20160044
摘要(38) HTML (23) PDF(0)
摘要:
设计了等效内径比分别为0.424、0.586的双锥流量计,并采用该流量计在多相流实验装置上开展了气水两相流参数测量实验研究。通过对双锥流量计上的差压波动信号时间序列进行分析,采用其特征值建立气水两相流分相含率测量模型;在分相流模型的基础上,通过分析准气相流量比和Lockhart-Martinelli常数的关系建立气水两相流流量测量模型。在多相流实验装置上进行了气水两相流参数测量系列实验,结果表明在实验范围内,所建立的体积含气率测量模型测量相对误差在5%以内;气液两相流总流量和液相流量测量误差在6%以内。气相流量的测量结果表明,在以空气和水为介质、干度很小的工况下,气相流量的测量相对误差明显大于总流量和液相流量的相对误差。
实验设备及方法
一种基于EMD的低湍流度信号处理分析方法
朱博, 彭强, 汤更生
2016, 30(5): 74-79. doi: 10.11729/syltlx20150148
摘要(18) HTML (11) PDF(0)
摘要:
采用热线风速仪在3座典型低速风洞中进行了流场湍流度测量,这3座低速风洞包括1个低湍流风洞、1个常规闭口风洞和1个开口射流风洞。针对湍流信号通常受噪声干扰的问题,在湍流度值处理中引入了经验模式分解(EMD)自适应滤波和HHT时频谱分析方法。将EMD方法与其他几种湍流度值处理方法进行了比较,包括带通滤波方法(BP)、电磁噪声解耦方法(ENC)和高通惯性衰滤波方法(HPIA)。采用EMD方法测得低湍流风洞的湍流度值,在流场速度30~100 m/s的范围内小于0.05%。采用HHT方法完成了脉动速度信号的时频分析,分析发现开口风洞试验段的脉动速度HHT时频谱有突出的低频信号。所构建的EMD自适应滤波器可以有效控制噪声对热线输出信号的影响,是一种有效的低湍流度信号处理方法。
进气道AIP面测压装置加装方案研究
张晓飞, 姜健, 田晓平, 符小刚
2016, 30(5): 80-87. doi: 10.11729/syltlx20150147
摘要(17) HTML (9) PDF(0)
摘要:
针对进气道/发动机相容性试飞中AIP上测量装置加装而引起过渡段变形问题,建立了过渡段径向形状变化评价指标并应用于工程计算,对比分析了过渡段上开孔、加装静压座、总压测量耙加装对过渡段径向尺寸的影响。结果表明:过渡段AIP面上加装测压装置使得过渡段径向尺寸偏离设计值及标准圆;焊接静压座会使过渡段径向尺寸发生较为明显变形,而铆接静压座则影响相对较小;总压测量耙采用两端约束的方案不会对过渡段径向尺寸造成较为严重的影响,但会有效地抑制测量耙的振动幅值。该结果已经应用于工程中,优化了测压装置加装方案。

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《实验流体力学》编辑部

2021年8月13日