实验流体力学

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黄建青, 李磊, 蔡伟伟

2018, 32(2): 1-9. doi: 10.11729/syltlx20170165

摘要(221) HTML (144) PDF(21)

摘要:
贫燃熄火（Lean Blowout，LBO）属于一类特殊的不稳定燃烧现象，往往导致严重后果。因此，及时准确地预测出贫燃熄火现象是实现燃烧稳定性控制的一个重要前提。本文综述了2000年以来，基于化学发光信号、可见光谱颜色信号、温度信号、声压信号和离子电信号预测LBO的原理，以及其采集方式和各自特点。接着介绍了将这些信号进行分析处理得到控制参数的5类方法，分别为统计法、阈值-事件法、频谱法、符号法和非线性动力学法，将这些方法进行综合比较，评价了其预测效果。最后从实际应用的角度出发，对贫燃熄火检测技术的未来发展提出展望。

可控流场尺度预混湍流燃烧器及其火焰结构分析

余芊芊, 王金华, 张玮杰, 张猛, 黄佐华

2018, 32(2): 10-17. doi: 10.11729/syltlx20170150

摘要(233) HTML (93) PDF(11)

摘要:
为了研究单一湍流场参数对预混湍流火焰结构的影响，以及拓宽湍流场的强度和尺度范围，发展了一套可变结构的预混湍流燃烧器。采用恒温型热线风速仪标定流场，得到了一系列湍流参数。流场标定结果表明：该燃烧器能显著拓宽湍流强度和尺度范围，并能利用不同几何结构产生多种可控流场，实现研究单一湍流参数对湍流燃烧速度和火焰结构影响的目的。选用有代表性的15种湍流孔板组合结构，利用OH-PLIF燃烧激光诊断技术，开展了湍流燃烧实验，结果表明：湍流强度的增大（1 < u'/S_L，0 < 10）使得湍流火焰分区扩展到了薄层反应区，火焰面破碎程度明显增强，孤岛结构明显增多。高宏观雷诺数下，积分尺度的增长对湍流燃烧速度起抑制作用，可能存在临界宏观雷诺数Re_c，能够表现流体惯性力占主导地位的程度，决定积分尺度对湍流燃烧速度的影响效果。积分尺度能量大，扰动能力强，故积分尺度越大，火焰体积越大；但过高的湍流强度会使火焰面褶皱更加剧烈，小尺度叠加在大尺度上的程度增强，最终也使火焰体积显著增大，掩盖了积分尺度对火焰体积的影响，说明积分尺度（表征大尺度）不如湍流强度（表征叠加小尺度的程度）对火焰放热率影响大。

单喷嘴模型发动机纵向高频燃烧不稳定性实验分析

王迪, 聂万胜, 周思引, 王海青, 苏凌宇

2018, 32(2): 18-23, 73. doi: 10.11729/syltlx20170162

摘要(249) HTML (126) PDF(16)

摘要:
为掌握喷嘴缩进长度和燃烧室长度对气氧/煤油火箭发动机高频燃烧不稳定性的影响规律，设计并开展了单喷嘴模型发动机燃烧实验。实验选用了气液同轴离心式单喷嘴，采用中心供应氧气，液体煤油经切向孔沿轴向旋转进入喷嘴的形式，为测试燃烧稳定性，燃烧室和喷嘴缩进的长度分别作为实验变量，利用高频压力传感器采集数据，基于压力信号对实验结果，尤其是呈现的纵向高频燃烧不稳定性现象进行了细致地研究。结果表明：在本文研究条件下，随着缩进长度的增加，对纵向高频燃烧不稳定性产生阻尼作用，但不会消除纵向高频燃烧不稳定。燃烧室的长度在516和356mm之间存在某个值，使得喷嘴缩进长度对燃烧稳定性影响可以忽略。随着燃烧室长度的增加，一阶纵向声学频率逐渐减小，而幅值逐渐增强。出现这些现象的原因是燃烧过程压力振荡与声波存在相位差。此外，燃烧室长度对纵向高频燃烧不稳定性的影响比缩进长度更明显。

乙烯高速射流点火过程试验研究

刘冰, 何国强, 秦飞

2018, 32(2): 24-27. doi: 10.11729/syltlx20180003

摘要(202) HTML (83) PDF(5)

摘要:
为了研究超燃冲压发动机燃烧室流动状态下的富燃燃气点火过程，设计建立了一套用于研究高速乙烯射流在富燃燃气中点火过程的高温同轴射流试验装置。试验研究了伴流当量比1.4和1.6，乙烯射流喷注压力2×10⁵Pa和3×10⁵Pa参数下的点火过程，试验过程中乙烯射流均能实现稳定燃烧。结合高速摄像机和后处理分析点火过程发现：（1）乙烯高速射流在富燃燃气中的点火过程主要分为4个阶段：（a）主流和伴流掺混；（b）主流和空气发生剧烈化学反应；（c）火焰在下游发生局部熄火；（d）火焰达到稳定状态。（2）伴流当量比1.4比伴流当量比1.6更有利于高速流动下的点火。（3）乙烯射流速度的增大会导致不充分燃烧，火焰亮度变弱。

过冷大水滴相继撞壁对结冰影响的实验研究

徐弘, 孔维梁, 王福新, 刘洪

2018, 32(2): 28-34. doi: 10.11729/syltlx20170112

摘要(244) HTML (76) PDF(25)

摘要:
目前过冷大水滴（SLD）撞击结冰机理未能清楚解释SLD间的相互干扰对撞击结冰过程的影响。实验用高速相机拍摄双SLD偏移一定位置相继撞击壁面结冰的物理过程，研究双SLD落点间的偏移、相继撞击的时间间隔对结冰形态及结冰速度的影响。实验表明：双SLD间的相互干扰会抑制撞击后的回缩行为进而影响结冰形态，降低结冰速度，延长双SLD完全冻结时间：双SLD落点位置偏移量的大小对结冰形态和结冰速度的影响均很大，相继撞击时间间隔的长短对结冰形态影响不大，主要影响结冰速度。

水雾粒径对冰附着力影响的实验研究

刘祯, 孔维梁, 刘洪, 王福新

2018, 32(2): 35-39. doi: 10.11729/syltlx20170118

摘要(157) HTML (69) PDF(7)

摘要:
冰附着力是冰与基底表面之间的作用力，研究环境参数对冰附着力的影响对认识冰附着力机理、开发防除冰方法以及分析融冰和脱冰特性具有重要的意义。在基底不变的条件下，实验研究了静态结冰以及相同水含量、不同平均粒径（40、80、250μm）的水雾在不同温度（-25~0℃）下的动态结冰的冰附着力（剪切力）的变化情况。相对于静态结冰，动态结冰的冰附着力随温度的变化存在一个转折点，可称该转折点所对应的温度为临界温度。在临界温度以上，冰附着力随温度的降低而增加，成冰方式对冰附着力影响不大；而在临界温度以下，动态结冰所成冰的冰附着力相对于静态结冰明显要小，所成冰从明冰向混合冰或者霜冰转变。水雾平均粒径不同，临界温度随之变化，动态结冰的冰附着力随温度的变化趋势也随之变化。

利用自然低温的旋转叶片结冰风洞试验系统设计

李岩, 孙策, 郭文峰, 王绍龙, 冯放, 姜禹

2018, 32(2): 40-47. doi: 10.11729/syltlx20170073

摘要(264) HTML (142) PDF(25)

摘要:
为开展风力机旋转叶片结冰风洞试验研究，设计了一种利用寒冷地区自然低温环境的具有可变截面试验段的结冰风洞试验系统。该系统在原有常规结冰风洞的基础上改进了试验段，设置了喷雾区与非喷雾区，风力机叶片实验台可设置在非喷雾区内，而旋转叶片在转至喷雾区时进行结冰测试。为测试该系统的各项参数以及研究系统的可行性，对该试验系统的3个主要环境变量：试验段速度分布、温度分布和液态水含量分布进行了测试和标定。在此基础上，进行了绕轴旋转圆柱和叶片段的结冰试验，对2个系统下的无因次结冰面积及结冰形状进行了对比分析。结果显示该系统各项参数稳定，利用2个系统得到的结冰形状相似度高，结冰面积一致性较好，表明该系统可用于进行旋转机械结冰风洞试验研究。

飞机结冰传感器安装位置确定方法

易贤, 李维浩, 王应宇, 马洪林

2018, 32(2): 48-54. doi: 10.11729/syltlx20170169

摘要(328) HTML (182) PDF(14)

摘要:
结冰传感器的安装直接决定了冰的探测效果，在飞机设计阶段往往要耗费巨大的工作量来确定合适结冰传感器安装的位置。本文提出了一种高效确定结冰传感器安装位置的方法，其基本思路是采用数值计算的手段，获得不安装结冰传感器飞机流场的水滴容积分数分布；再根据水滴收集率的定义，得到传感器拟安装区域不同位置的水滴收集率，并与机翼表面的水滴收集率对比；从保证传感器可以起到预警作用的角度出发，进而给出传感器的安装位置。采用该方法对某型民航客机进行了分析，给出了该型飞机适合安装传感器的区域。在此基础上，将传感器加载到对应位置进行数值仿真验证。仿真结果显示：传感器探头处的水滴收集率与不加载传感器时该位置的水滴收集率基本一致，均大于同等条件机翼上的最大水滴收集率，符合飞机的结冰防护需求。本文方法可普遍应用于运输类飞机设计，有效提高结冰防护系统设计的效率。

结冰风洞试验段云雾粒径测量与控制实验研究

郭龙, 程尧, 王梓旭

2018, 32(2): 55-60. doi: 10.11729/syltlx20170096

摘要(227) HTML (135) PDF(18)

摘要:
准确测量与控制云雾粒径对结冰风洞开展试验具有重要意义。为了研究3m×2m结冰风洞的云雾粒径特性及其影响因素，应用相位多普勒飞行探头系统（PDI-FPDR）开展试验段云雾平均体积直径（MVD）的测量与控制实验，获取了不同状态下的MVD变化规律，通过综合对比分析，探索了压力、风速、温度等因素对云雾粒径的影响。结果表明：云雾粒径对喷雾系统水压、气压的变化十分敏感，且MVD与喷雾气压成反比；气流风速和温度对风洞中云雾液滴的蒸发和碰撞特性影响不明显，MVD受其影响不大，不同状态的最大相对偏差在±10%的误差范围内；MVD受风洞环境负压作用而显著减小。

3m×2m结冰风洞云雾参数校测方法

王梓旭, 沈浩, 郭龙, 郭向东, 倪章松

2018, 32(2): 61-67. doi: 10.11729/syltlx20170163

摘要(307) HTML (169) PDF(21)

摘要:
为综合检验结冰风洞的性能，并为飞机适航取证中结冰合格审定工作提供测试依据，依照SAE ARP5905的相关要求，根据冰积聚原理、相位多普勒干涉原理和热线原理，采用格栅、PDI-FPDR、冰刀、LWC-200在3m×2m结冰风洞主试验段完成了云雾参数校测工作，总结了测试方法与流程以提高校测效率。代表性云雾参数校测结果表明，云雾场均匀区能够覆盖试验段横截面积的60%以上，云雾容积平均直径（MVD）稳定性优于±10%，液态水含量（LWC）稳定性优于±20%，云雾参数满足ARP 5905相关指标要求，能够为3m×2m结冰风洞的标检提供数据支撑。

加齿调控个性化风口流场多尺度湍涡结构的实验研究

崔旭佳, 唐湛棋, 姜楠, 刘俊杰

2018, 32(2): 68-73. doi: 10.11729/syltlx20170110

摘要(146) HTML (90) PDF(4)

摘要:
客机座舱个性化风口是座舱环控系统中重要的送风单元，其主要作用为快速通风、换热，对乘客的热舒适起到改善作用，但现有个性化送风常引起乘客头部的强烈吹风感。本文通过对现有个性化风口进行边缘加齿的优化设计，调控风口流场中不同尺度的湍涡成分，降低吹风感，从而获得使人体更为舒适的气流流场。实验中使用高时间分辨率热线风速仪，精细测量安装不同尺寸加齿喷嘴的风口流场，采用子波分析的方法对流场多尺度湍涡成分进行分析，对比不同尺寸大小的加齿喷嘴对个性化风口流场多尺度湍涡成分的调控效果，得出齿尖间距离为5mm时，个性化风口的送风使人体更舒适。个性化风口圆环射流经过加齿调控，增强了动量、能量和质量交换，降低了含能尺度的湍流强度，从而降低了吹风感，提高了流场的舒适性。

超燃冲压发动机温度及热流测量技术研究进展

金新航, 马炳和, 邱涛, 邓进军, 罗剑

2018, 32(2): 74-81. doi: 10.11729/syltlx20170013

摘要(363) HTML (157) PDF(56)

摘要:
测量超燃冲压发动机内部温度及热流场可以为表征、评估、优化其工作状态与性能提供重要支撑。本文综述了可用于发动机温度及热流测量的接触式（铠装及薄膜式）传感器、非接触式（光电及辐射式）测量技术的研究现状及特点。重点介绍了薄膜式热电偶及热流计的发展趋势以及在高温瞬时测量领域的应用前景。最后，对超燃冲压发动机温度及热流测量技术进行了展望。

基于尺度时间均衡的高速风洞视频测量图像闪烁修正方法

范金磊, 张征宇, 黄叙辉

2018, 32(2): 82-88. doi: 10.11729/syltlx20170128

摘要(153) HTML (72) PDF(4)

摘要:
高速风洞视频测量试验环境中，复杂的光照条件容易导致采集的图像序列出现闪烁，影响测量结果的精度。在测量图像中，由于照明变化导致的灰度变化和目标运动、变形引起的局部变化耦合在一起，导致基于仿射变换模型（线性或非线性）的修正方法难以适用。尺度时间的直方图均衡方法（STE）利用尺度空间理论，对各图像直方图中每一个灰度值组成的曲线在时间维度上进行高斯卷积得到目标直方图，再通过直方图匹配获得闪烁修正后的图像。针对日光灯照明下的相机标定板图像、存在运动和变形的风洞模型变形测量试验图像和存在油膜形态变化的油流试验图像开展了应用研究。结果表明，该方法适用于图像序列的全局闪烁修正，与基于模型的方法相比，其修正效果不依赖于基准图像，对图像抖动、局部存在目标运动或变形等干扰因素的鲁棒性强，且方法简单，计算量小，具有较高的工程应用价值。

低速风洞试验模型轻量化设计

王碧玲, 刘传辉, 孙鹏飞, 周睿, 张彩成, 韩松梅, 赵长辉

2018, 32(2): 89-93. doi: 10.11729/syltlx20170125

摘要(170) HTML (91) PDF(12)

摘要:
风洞试验模型的设计和制造直接关系到风洞试验数据的准确性，对飞行器研制的周期和成本具有重要的影响。对低速风洞试验模型进行轻量化设计是获得可靠风洞试验数据和降低风洞试验成本的关键环节。采用复合材料蒙皮加框梁及增材制造结构，以某民机模型为研究对象，开展整体化、轻量化设计，应用有限元分析软件对设计结果进行强度校核和振动分析。结果表明，通过优化设计，与传统金属模型相比，模型设计重量降低50%以上；机翼采用复合材料蒙皮和复合材料加强筋结构，其强度可满足设计要求；对异形零件进行面向增材制造的轻量化设计，与基于复合材料制造的设计相比，可减重20%，制造周期缩短50%以上；模型轻量化设计后可提高模型-支撑系统固有频率。

留言板

2018年第32卷第2期

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