实验流体力学

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2021年1期目录

2021, 35(1): 1-4.

摘要(88) PDF(11)

摘要:

娄春, 张鲁栋, 蒲旸, 张仲侬, 李智聪, 陈鹏飞

2021, 35(1): 1-17. doi: 10.11729/syltlx20200063

摘要(884) HTML (378) PDF(89)

摘要:
被动式燃烧诊断技术是利用火焰自发射辐射信息进行燃烧诊断的一项技术，具有非接触、对环境要求不高、系统紧凑、易于实施等特点，在燃烧场在线测量及诊断中具有独特优势。首先，分析了各类燃烧诊断技术的优势及局限；其次，结合华中科技大学煤燃烧国家重点实验室开展的被动式燃烧测量诊断研究工作，从火焰发射光谱、火焰图像处理、热辐射成像技术三个方面介绍了自发辐射燃烧诊断技术的基本原理及研究现状，利用这三种技术，可实现燃烧状态定性分析以及燃烧流场中温度、组分体积分数等燃烧关键信息的定量计算；最后，指出了自发辐射燃烧诊断技术的发展趋势，即：获得更丰富的检测信号、更高的检测分辨率和精度以及更多的检测结果。

航空发动机燃烧室光学可视模型试验件及其流场测量研究进展

王于蓝, 范雄杰, 高伟, 刘存喜, 杨金虎, 刘富强, 穆勇, 徐纲

2021, 35(1): 18-33. doi: 10.11729/syltlx20190171

摘要(612) HTML (255) PDF(80)

摘要:
航空发动机燃烧室内的燃烧组织是高温高压受限空间内多级旋流复杂流场结构的气动、燃油雾化、蒸发、油气混合和燃烧化学反应多场耦合过程，而其流场特性影响雾化和燃烧过程，从而对燃烧室的燃烧性能具有决定性影响。对燃烧室内复杂强旋流流场组织机理的认识和高精度测试一直是发动机燃烧室研制过程中的难点之一。本文针对光学可视模型燃烧室试验件设计方法及典型发动机燃烧室的流场组织机理和特性进行总结，希望给发动机燃烧室研制过程中光学模型燃烧室试验件的设计提供一定的借鉴，深刻认识目前两类典型的传统旋流杯模型燃烧室和基于分区分级耦合燃烧技术的新型燃烧室的流场特性，促进航空发动机燃烧室的研制。

乙烯燃料超燃冲压发动机燃烧过程研究

钟富宇, 乐嘉陵, 田野, 岳茂雄

2021, 35(1): 34-43. doi: 10.11729/syltlx20200093

摘要(422) HTML (210) PDF(40)

摘要:
在来流马赫数2.0的直连式燃烧设备上，研究了氢气引燃条件下带凹腔的超燃冲压发动机燃烧室内，从氢点火到氢与乙烯混合燃烧，再到乙烯单独燃烧的全过程的燃烧流动特性，通过纹影、火焰自发光、CH自发光以及OH-PLIF等手段瞬时同步研究了流场结构和火焰发展。先锋氢与乙烯的当量比分别约为0.33和0.10。整个燃烧过程分6个阶段，第一阶段为先锋氢注入之前的无反应流动，试验测定振荡频率约为400 Hz。第二阶段用于揭示先锋氢被点燃之前的流动特性，由于先锋氢的注入而产生的激波在下壁面反射并与凹腔内的激波相互作用，导致监测点压力增大。第三阶段描述了先锋氢的燃烧过程，从点火、火焰稳定直到壁面压力稳定，历时约26.0 ms。在0.1 ms内先锋氢点火对燃烧流场及流动结构产生重大影响，试验测量先锋氢燃烧产生的激波串的运动速度约为20 m/s，先锋氢稳焰模式为凹腔回流区稳定燃烧。第四阶段为氢气和乙烯混合燃烧，此阶段燃烧变得更加剧烈，激波串被推入隔离段内，以至于超出了观测范围，该阶段乙烯稳焰模式为剪切层稳定燃烧。第五阶段为乙烯的燃烧流动，当先锋氢停止喷注后，乙烯火焰在凹腔内的位置由上游向下游移动。最后一个阶段是乙烯单独燃烧直到火焰熄灭。初步分析表明，乙烯燃烧的CH自发光图片能定性研究其燃烧效率。

新型双旋流燃烧室热声振荡的实验研究

何祖强, 王平, MeenatchideviMurugesan, AntonioFerrante, 李伟超, 姜霖松

2021, 35(1): 44-52. doi: 10.11729/syltlx20200021

摘要(334) HTML (126) PDF(31)

摘要:
对一新型双旋流燃烧室开展了实验测量，研究了燃烧状态参数2种变化过程对火焰热声振荡特性的影响（过程1：保持甲烷体积流量不变，当量比从0.900逐步减小至0.725再逐步增大至0.925；过程2：保持当量比为0.850不变，逐步增大预混气的体积流量）。结果表明：在该燃烧室中存在M型和V型2种火焰结构；在过程1中，随着当量比减小，火焰由不稳定的M型转变为稳定的V型，其后，随着当量比增大，又逐渐转变为M型，存在明显的滞环现象；在过程2中，仅在初始流量下存在明显的热声振荡现象，随着流量增大，火焰变得稳定；基于压力脉动信号的功率谱特性分析和相空间重构分析，发现该双旋流燃烧室内热声振荡主频率分布于400.0和256.0 Hz左右。

燃烧室结构高温变形非接触测量试验研究

张磊, 张若凌, 肖世德, 刘禹, 熊鹰

2021, 35(1): 53-59. doi: 10.11729/syltlx20200051

摘要(465) HTML (164) PDF(21)

摘要:
为获得地面试验中主动冷却燃烧室在高温状态下的结构总变形和局部应变，基于数字图像相关法开展了非接触测量试验研究。分别采用加速鲁棒特征算法和改进的圆柱曲面数字图像相关法完成了燃烧室结构总变形和局部应变测量及分析。测量结果表明，燃烧室稳定工作条件下，结构轴向总变形约4.8 mm、局部平均应变约0.0049。测量结果与工程粗略估算结果比较吻合，说明所使用的非接触测量方法有效，能够支撑燃烧室热结构设计，测量数据能够用于三维结构强度数值计算的验证。

基于中红外吸收光谱技术测量高温流场CO浓度研究

胡尚炜, 殷可为, 涂晓波, 杨富荣, 陈爽

2021, 35(1): 60-66. doi: 10.11729/syltlx20190126

摘要(336) HTML (131) PDF(24)

摘要:
CO是碳氢化合物燃烧的主要产物之一，准确测量超燃冲压发动机出口的CO浓度是评估碳氢燃料燃烧效率的重要依据。中红外波段的CO谱线相较近红外而言，具有吸收更强、谱线丰富且谱线对相对孤立、不受其他气体干扰等明显优势。本文基于中红外吸收光谱技术，计算研究了CO中红外光谱特性，选择了适用于高温流场CO测量的特征谱线，设计并搭建了高温流场CO浓度检测系统，开展了气体池浓度标定和不同当量比下平面火焰CO测量验证，实现了某超燃冲压发动机出口高温流场CO测量，反映了航空煤油燃烧过程中CO浓度和温度的变化情况，为超燃冲压发动机的燃烧和流动机理研究提供了有力的研究手段和丰富的实验数据。

润湿异性表面液滴定向运动研究进展

曹刚, 黄苏和, 李明升, 胡海豹

2021, 35(1): 67-85. doi: 10.11729/syltlx20200086

摘要(828) HTML (181) PDF(110)

摘要:
液滴在润湿异性表面的定向运动具有重要应用价值，如油水分离、水收集等，已成为表界面领域的研究热点。开展润湿异性表面液滴定向运动研究，对于理解固-液相互作用、开发高性能润湿异性表面具有重要意义。从楔形表面、沟槽阵列表面、亲水-疏水表面、非对称形貌表面和生物表面等角度，详细介绍了润湿异性表面液滴定向运动的最新研究进展，展示了国内外典型研究工作，对未来研究工作的重点进行了展望。

层析粒子图像测速技术研究进展

李晓辉, 王宏伟, 黄湛, 赵俊波

2021, 35(1): 86-96. doi: 10.11729/syltlx20190160

摘要(1588) HTML (263) PDF(273)

摘要:
层析粒子图像测速技术（Tomographic Particle Image Velocimetry，Tomo-PIV）作为一种瞬时的三维流场速度测量技术，能够为具有强非定常性及强三维空间性的复杂流动提供详细的数据支撑。对近年来该技术在国内外的发展及应用进行了全面的综述。首先介绍了层析粒子图像测速技术的工作原理和技术特点，进而探讨了当前层析粒子图像测速的研究现状，重点从相机布局、示踪粒子密度、标定映射函数及三维重构算法对重构精度的影响等方面进行了阐述，而后通过国内外关于层析粒子图像测速技术的典型应用，展示了该技术在非定常三维流动及工程应用中的优势。最后，对层析粒子图像测速技术的应用前景及发展趋势进行了展望。

超燃冲压发动机模态转换及推力突变实验研究

连欢, 顾洪斌, 周芮旭, 李拓, 李忠朋

2021, 35(1): 97-108. doi: 10.11729/syltlx20200069

摘要(292) HTML (126) PDF(59)

摘要:
针对双模态冲压发动机燃烧室模型开展了来流连续变化飞行马赫数5.0~6.0加速上行和6.0~5.0减速下行的地面直连试验研究。首先基于直连台架推力及时间离散质量加权沿程马赫数一维计算，观察到了加速上行过程中来流变化导致的亚燃-超燃工作模态转变及推力突变现象；通过高速纹影流动显示技术及流动特征提取，提炼了来流变化导致模态转换及推力突变过程中瞬态流动特征的发展规律；最后通过超声速核心流激波强度理论以及压比时空图对动态飞行轨迹模态转换及推力突变机制进行了讨论，研究结果表明：释热总量与内流道匹配是模态转换及推力变化过程的根本，主导流动特征是隔离段预燃激波强度演变特性，然而燃料横向射流气动节流以及释热反压在隔离段预燃激波削弱耗散之后，仍然可对来流进行减速并维持推力。同时，动态飞行轨迹气动热及燃烧热积分效应可改变热流边界层特性以及发动机内流道抗反压能力，造成亚燃与超燃工作边界变化。

封闭空间中斜爆震驻定稳定性增强方法及其试验验证

刘彧, 肖保国, 王兰, 陈伟强

2021, 35(1): 109-116. doi: 10.11729/syltlx20200084

摘要(167) HTML (75) PDF(11)

摘要:
采用斜爆震燃烧的高超声速冲压发动机是具有潜力的高马赫数吸气式推进技术方案。克服斜爆震的驻定稳定性问题对实现该技术方案至关重要。本文提出了一种封闭空间中的斜爆震驻定稳定性增强方法，并基于此方法开展了马赫数8.0近真实条件下的直连式试验验证。采用阵列喷管制造超声速预混气，通过关闭近壁单元中的燃料供应，在壁面附近制造了不可燃气体层，使斜爆震入射到壁面附近时衰减为惰性激波，从而削弱了斜爆震的马赫反射，防止了壅塞，增强了斜爆震的驻定稳定性，实现了近真实条件下长时间稳定驻定的斜爆震燃烧。

沟槽超疏水复合壁面湍流边界层减阻机理的TRPIV实验研究

刘丽霞, 王康俊, 王鑫蔚, 田海平, 姜楠

2021, 35(1): 117-125. doi: 10.11729/syltlx20200001

摘要(279) HTML (145) PDF(32)

摘要:
利用TRPIV实验分别测量了湍流边界层在亲水壁面、超疏水壁面以及沟槽超疏水复合壁面上的瞬时速度场，对比分析了3种壁面的摩擦阻力，发现沟槽超疏水复合壁面的减阻率能够达到20.7%，而超疏水壁面只有14.6%。通过对比分析湍流边界层在3种壁面上的湍流脉动强度，发现法向湍流脉动强度在3种壁面上无明显变化，而在y⁺ < 150区域的同一法向高度上，流向湍流脉动强度在沟槽超疏水复合壁面上相对于亲水壁面的减小程度比超疏水壁面更高。为了进一步研究不同尺度的湍流脉动在不同壁面的变化情况，本文采用基于傅里叶变换的空间滤波法，将瞬时脉动速度场分解为空间流向波长大于δ的大尺度部分和波长小于δ的小尺度部分，发现超疏水壁面和沟槽超疏水复合壁面对大尺度流向湍流脉动强度的抑制作用可以到达y⁺=150的法向位置，而对小尺度流向湍流脉动强度的抑制作用只能到达y⁺=100的法向位置。采用以顺向涡为条件的大尺度脉动速度的条件相位平均方法，发现在y_ref=0.1δ处超疏水壁面和沟槽超疏水复合壁面相比于亲水壁面都存在正的大尺度流向脉动与负的法向脉动增强、负的大尺度流向脉动与正的法向脉动减弱以及脉动速度的0等值线偏离条件相位平均参考点的趋势，且沟槽超疏水复合壁面的移动趋势最弱。通过对比3种壁面不同法向高度的顺向涡强度值，同法向高度上亲水壁面、超疏水壁面以及沟槽超疏水复合壁面的涡强度值依次减弱，表明沟槽超疏水复合壁面比超疏水壁面能更有效地抑制近壁区涡结构的运动，从而实现更好的减阻效果。

我国首次形成高超声速风洞双分离轨迹捕获(CTS)试验能力

林敬周

2021, 35(1): 126-126.

摘要(308) HTML (156) PDF(48)

摘要:

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2021年第35卷第1期

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