实验流体力学

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2023 年 2 期目录

2023, 37(2).

摘要(108) PDF(31)

摘要:

冯晓鸥, 金熠, 翟超

2023, 37(2): 1-15. doi: 10.11729/syltlx20210148

摘要(461) HTML (137) PDF(103)

摘要:
燃烧过程具有三维、高温、湍流、非稳态等特性，其精确测量存在一定的难度，一直是国内外研究的热点。化学发光计算断层成像（CTC）技术将化学发光技术和计算机断层成像（CT）技术相结合，通过直接拍摄不同角度的火焰图像，利用重构算法进行重建，可以快速准确地实现火焰三维结构的精细刻画。CTC系统以火焰的自发光作为光源，因此不需要额外的光源设备，这使得该系统具有容易搭建、可在复杂环境下实现等优势，可以用于高温、湍流火焰的实时测量，对于研究复杂燃烧流场、提高燃烧效率有着十分重要的意义。本文首先介绍了CTC技术的基本原理，然后从成像模型、重构算法、实验方法和应用方向4个方面介绍了CTC技术在火焰重构方向的研究进展，最后讨论了CTC技术的发展趋势。

迎角对翼型边界层影响的实验研究

郝东震, 姜楠, 唐湛棋, 马兴宇

2023, 37(2): 16-24. doi: 10.11729/syltlx20210117

摘要(266) HTML (127) PDF(63)

摘要:
为深入了解迎角对翼型边界层的影响，开展了SD7003翼型的TR–PIV实验研究。对比了迎角为4°、6°、8°工况下翼型吸力面的平均速度、雷诺切应力等统计量的分布，并对实验数据进行了本征正交分解（POD）模态分析，详细分析了不同工况下各阶模态中的流动结构及其频谱特征。研究发现，随着迎角增大，分离泡位置向翼型前缘移动，分离泡厚度增大；分离泡内部和再附点附近存在较强的剪切运动；再附点附近有交替出现的正、反方向涡结构，而后涡结构随边界层发展不断变化；POD分解的各阶模态的能量大小与其所包含结构的尺度和模态频率有关；随着迎角增大，流场中流动结构尺度增大，流场能量的频域分布由高频向低频移动。

斑马鱼C型机动运动数据重构与性能分析

刘元森, 余永亮, 鲍麟, 高梦忱

2023, 37(2): 25-35. doi: 10.11729/syltlx20210172

摘要(264) HTML (146) PDF(83)

摘要:
在鱼类机动性能研究中，获取高精度运动学和动力学实验数据至关重要。本文搭建基于机器视觉的高速摄影平台，获取了斑马鱼C型机动运动的顶视序列图像；使用数学形态学算法提取图像中的鱼体外轮廓和中线，建立了简化的三维鱼体模型；通过“鱼–水”系统的动量和动量矩守恒算法，获得鱼体的运动学数据，并分析了作用于鱼体的流体动力和机械能的变化规律。在鱼体模型建立过程中，对尾鳍进行面积的二阶矩等效处理，完成了尾鳍长度的合理修正。经一系列标准算例验证，采用数字图像处理技术重构的动力学数据与标准模型误差在3.1%以内。结果表明：鱼体C型机动运动中最大加速度与最大角加速度存在线性关系；C型起动中平动能占主导，C型转弯中转动能占主导。

流动聚焦微通道中滴流模式下非牛顿液滴生成的实验研究

梁定新, 薛春东, 曾效, 覃开蓉

2023, 37(2): 36-45. doi: 10.11729/syltlx20210184

摘要(245) HTML (117) PDF(45)

摘要:
液滴微流控是微流控领域重要分支，其所涉及的生物流体往往具有非牛顿性质。为深入理解非牛顿性质对液滴生成的影响，配置4种不同流变特性的流体，系统研究流动聚焦微通道中滴流模式下的非牛顿液滴生成。结果表明：与牛顿液滴相比，非牛顿液滴生成表现出更显著的“连珠现象”；不同非牛顿性质对液滴生成的影响截然不同，剪切稀化和弹性效应对液滴尺寸和生成频率的作用相反。液柱颈缩动力学结果显示：单一的剪切稀化效应使得非牛顿液滴液柱颈缩过程与牛顿液滴相似，均只有流动驱动阶段；单一的弹性效应则使得非牛顿液滴液柱颈缩后期出现不同于牛顿流体的毛细驱动阶段；而剪切稀化和弹性效应的共同作用会导致液柱颈缩过程中更显著的毛细驱动阶段和液柱断裂后更显著的“连珠现象”。

液池深度对水滴撞击水面后形态特征影响的实验研究

徐多广, 许婉, 袁德奎

2023, 37(2): 46-55. doi: 10.11729/syltlx20210153

摘要(256) HTML (120) PDF(18)

摘要:
用实验方法对液滴撞击液面后的形态特征及其机理进行了研究。用高速摄像机记录了不同液池深度下的液滴撞击液面过程，总结出了在不同阶段出现的液坑、液冠、中心射流和次生液滴等特征现象。基于计算机视觉算法开发了图像处理程序，实现了特征几何参数的自动提取。讨论了液池深度、韦伯数、初始液滴直径和液滴下落高度等因素对特征运动形态的影响。结果表明：在韦伯数一定的情况下，当液池深度跨越某个临界值时，液坑、液冠、中心射流和次生液滴等特征现象发生显著变化；液冠–液坑高度比随韦伯数的增大在一定范围内增大；中心射流能否分离出次生液滴与液池深度和初始液滴直径有密切的关系。

生物多糖溶液喷射减阻实验研究

孟凡哲, 秦丽萍, 谢络, 时朋飞, 胡海豹

2023, 37(2): 56-61. doi: 10.11729/syltlx20210089

摘要(2212) HTML (227) PDF(52)

摘要:
为获得生物多糖溶液的水下减阻性能，在重力式循环水槽实验系统中，测试了瓜尔胶、黄原胶、黄蓍胶及刺槐豆胶等4种生物多糖溶液的喷射减阻特性，给出了喷射溶液速率、主流雷诺数及喷射溶液质量分数对多糖溶液减阻的影响规律。研究结果表明：4种生物多糖溶液均具有显著的喷射减阻效果，其中刺槐豆胶溶液减阻率最高（14.3%）；同一主流雷诺数下，随着喷射溶液速率的提高，各多糖溶液的减阻率显著提高，减阻率达到峰值后则呈现出不同的变化趋势；多糖溶液在主流雷诺数较小（<2.0×10⁴）时减阻效果更优，提高主流雷诺数后，多糖溶液表现出差异化的减阻规律；喷射溶液质量分数过高会降低多糖溶液减阻效果，提高主流雷诺数会使多糖溶液减阻效果随质量分数的提高出现“峰值后移”现象。通过引入“喷射溶液相对质量分数”将喷射溶液速率、主流雷诺数及喷射溶液质量分数对减阻效果的影响相互耦合，随着相对质量分数的增大，4种多糖溶液的减阻率均表现出先升后降的变化规律。最后，基于相对质量分数初步阐明了多糖溶液的减阻规律。

再生冷却结构非定常换热计算研究

张若凌, 张磊, 王想义, 蒋劲, 顾磊

2023, 37(2): 62-67. doi: 10.11729/syltlx20210102

摘要(184) HTML (106) PDF(18)

摘要:
给出了一种再生冷却结构非定常换热计算模型，能够支撑超燃冲压发动机再生冷却结构设计和试验研究。对发动机达到热平衡时间和非正规阶段温升时间的计算和测量结果进行了对比分析，计算比较了发动机初始壁面温度分别为300和800 K时达到热平衡的时间。研究表明，建立的再生冷却结构非定常换热计算模型具有一定的适用性，能够用于超燃冲压发动机的传热特性分析。

冰层中Lamb波传播特性的数值模拟和实验研究

张鸿健, 张晏鑫, 熊建军, 赵照, 冉林, 易贤

2023, 37(2): 68-77. doi: 10.11729/syltlx20210170

摘要(518) HTML (215) PDF(38)

摘要:
作为最常用的超声导波之一，Lamb波具有能量集中、传播范围广、沿程衰减小等特点，可以拓展应用于结冰探测领域。为探明Lamb波在冰层中的传播规律，基于Lamb波探冰实验平台构建物理模型，以COMSOL Multiphysics软件为计算工具，数值模拟了不同厚度、不同长度冰层中的Lamb波传播情况。在此基础上，搭建了Lamb波探冰实验平台，开展了无冰铝板和覆冰铝板Lamb波传播实验。结合数值模拟和实验结果，明确了温度、冰层几何特性、液态水对Lamb波传播特性的影响规律。结果表明：温度越低，Lamb波传播群速度越快；在一定冰层厚度范围内，接收端压电片电压幅值衰减量随冰层厚度增大而增大；随着冰层长度增加，接收端Lamb波B₁模态时间延迟量线性增大；液态水仅对Lamb波A₀模态产生影响，对S₀模态影响不大。实验和数值模拟结果具有较好的一致性，为Lamb波结冰探测技术提供了理论参考。

旋翼翼型动态风洞试验技术研究

张卫国, 李国强, 李栋, 车兵辉, 顾艺, 吴霖鑫

2023, 37(2): 78-93. doi: 10.11729/syltlx20210147

摘要(269) HTML (205) PDF(68)

摘要:
旋翼翼型的设计优化及性能确定亟须建立并发展翼型动态风洞试验技术。通过动力学仿真与结构优化设计，基于FL–11低速风洞研制出旋翼翼型两自由度动态试验装置，可实现俯仰/沉浮单自由或两自由度耦合运动，最高振荡频率达到5 Hz；基于FL–20连续式跨声速风洞研制出旋翼翼型高频高速动态试验装置，最高振荡频率达到17 Hz，试验最高雷诺数为5 × 10⁶，模拟参数包线满足真实直升机参数要求；基于FL–14低速风洞研制出大尺度旋翼翼型动态试验装置，翼型模型弦长为800 mm，试验最高雷诺数达到4 × 10⁶。完善了旋翼翼型动态试验精准测试相关技术，并开展了验证性试验，试验数据规律合理、量值可靠，表明试验系统及相关测试技术具有较高的可靠性，可为旋翼翼型动态气动特性试验评估提供重要的设备平台和技术支撑。

并联石墨烯热声激励器的声场建模及实验研究

张昊原, 王鹏, 刘应征

2023, 37(2): 94-104. doi: 10.11729/syltlx20210130

摘要(153) HTML (78) PDF(15)

摘要:
主动流动控制技术是提升航空航天飞行器气动特性的有效手段，其中激励器是这些控制技术的核心组件，如等离子体激励器、合成射流激励器以及振荡射流激励器等。本文提出了一种基于热声效应的并联石墨烯热声激励器，该激励器具有结构简单、输入功率低、控制频率宽以及结构适应性强等优点，能够适应飞行器各种复杂曲壁面安装环境和变飞行工况，具有良好的应用前景。具体而言，该热声激励器利用石墨烯材料比热容极低和热导率高的特性，通过焦耳加热原理向周围空气辐射周期性的声场以进行声激励控制。首先，通过热声理论对石墨烯热声激励器进行声场建模，建模中加入了组合声源叠加原理，优化了声波相位差和声场指向性计算方法；其次，改进了石墨热声烯激励器的电路连接方式，采用并联石墨烯薄膜有效提升了声场声压幅值；最后，搭建了石墨烯热声激励器的声压测试平台，验证并研究了并联石墨烯热声激励器的声场特征，分析了输入功率、频率、测试距离等因素的影响。

低温风洞极低露点原位在线测量技术研究

王斌, 许振宇, 张文清, 阚瑞峰, 盖文

2023, 37(2): 105-114. doi: 10.11729/syltlx20210062

摘要(452) HTML (178) PDF(37)

摘要:
面向低温风洞极低露点原位在线测量需求，开展了基于激光吸收光谱的宽温域、高精度、极低露点原位在线测量技术研究。分析了激光吸收光谱露点测量技术原理，开展了吸收谱线选型、光谱参数标定和光谱信号处理方法研究，测量了低温平台原位在线露点和0.3 m低温引导风洞露点，并与冷镜式露点仪比较了测量精度。研究结果表明：激光吸收光谱露点测量技术可以实现宽温域、高精度、原位在线露点测量，露点测量范围–100～30 ℃，测量误差小于1 ℃，测量时间低于1 s，可满足低温风洞极低露点测量需求。

基于稀土Dy离子荧光强度比的温度测试技术

张粟, 庞然, 姜丽宏, 李达, 李成宇, 张洪杰

2023, 37(2): 115-124. doi: 10.11729/syltlx20210176

摘要(556) HTML (178) PDF(56)

摘要:
大面积表面温度测量技术在风洞测温领域中具有重要意义。为满足更高表面温度的测量需求，亟待开展新型测温技术及温度传感材料的研发。基于稀土离子的热耦合能级荧光强度比进行温度测量是一种新型测温技术。本文合成了一种温敏发光材料（YAG:Dy），研究了50～1000 ℃范围内稀土Dy³⁺离子的一对热耦合能级（⁴F_9/2→⁶H_15/2，⁴I_15/2→⁶H_15/2）的跃迁发光强度比与温度的对应关系。基于该材料，本文开展了荧光强度比测温与红外测温仪测温的对比实验，实验结果表明：两者的测量结果有很高的吻合度，证明该温敏发光材料（YAG:Dy）可用于50～1000 ℃范围内的温度测量。

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2023年第37卷第2期

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