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瑞利散射测速技术在高超声速流场中应用研究

陈爱国 陈力 李志辉 李中华 杨富荣 李四新 闫博

陈爱国, 陈力, 李志辉, 等. 瑞利散射测速技术在高超声速流场中应用研究[J]. 实验流体力学, 2017, 31(6): 51-55. doi: 10.11729/syltlx20170020
引用本文: 陈爱国, 陈力, 李志辉, 等. 瑞利散射测速技术在高超声速流场中应用研究[J]. 实验流体力学, 2017, 31(6): 51-55. doi: 10.11729/syltlx20170020
Chen Aiguo, Chen Li, Li Zhihui, et al. Research on application of Rayleigh scattering velocity measurement in hypersonic low density wind tunnel[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2017, 31(6): 51-55. doi: 10.11729/syltlx20170020
Citation: Chen Aiguo, Chen Li, Li Zhihui, et al. Research on application of Rayleigh scattering velocity measurement in hypersonic low density wind tunnel[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2017, 31(6): 51-55. doi: 10.11729/syltlx20170020

瑞利散射测速技术在高超声速流场中应用研究

doi: 10.11729/syltlx20170020
基金项目: 

国家自然科学基金 11325212

国家重点基础研究发展计划 2014CB744100

详细信息
    作者简介:

    陈爱国(1973-), 男, 湖北仙桃人, 研究员。研究方向:高超声速低密度风洞设计与试验技术研究。通信地址:四川省绵阳市二环路南段6号(621000)。E-mail:chenaiguo12316@163.com

    通讯作者:

    陈爱国, E-mail:chenaiguo12316@163.com

Research on application of Rayleigh scattering velocity measurement in hypersonic low density wind tunnel

  • 摘要: 采用基于法布里-珀罗干涉仪的干涉瑞利散射测速技术在Φ0.3m高超声速低密度风洞中进行了Ma5、Ma6、Ma12的流场速度和湍流度的测量,了解了瑞利散射速度和湍流度测量系统在高超声速流场中应用的情况,结果表明目前该风洞流场湍流度在1%以内,速度测量结果与流场校测偏差最大1.3%;对激波后返回舱模型绕流速度进行了测量,Ma6来流的测量结果与数值模拟结果吻合较好,而Ma12来流的测量结果与数值模拟结果相差69%,对原因进行了分析。在实验中发现目前Φ0.3m高超声速低密度风洞的流场存在一定程度的冷凝现象,并对后续研究工作提出了建议。
  • 图  1  瑞利散射测量参数原理示意图

    Figure  1.  Rayleigh scattering measurement principle

    图  2  多普勒频移几何示意图

    Figure  2.  Geometric sketch of Doppler frequency-shift

    图  3  风洞主体和测试设备图

    Figure  3.  Wind tunnel and measurement facilities

    图  4  瑞利散射干涉测速系统组成图

    Figure  4.  Rayleigh scattering interferometer velocity measurement system

    图  5  瑞利散射干涉测速系统光路示意图

    Figure  5.  Optical path sketch of Rayleigh scattering interferometer velocity measurement system

    图  6  原波长干涉环与频移干涉环示意图

    Figure  6.  Interferometer rings sketch of original wavelength and shift

    图  7  状态1流场散射光照片

    Figure  7.  Rayleigh scattering photo in flow field (case 1)

    图  8  状态1流场速度脉动测量结果

    Figure  8.  Velocity fluctuation measurement result (case 1)

    图  9  状态3流场速度脉动测量结果

    Figure  9.  Velocity fluctuation measurement result (case 3)

    图  10  返回舱模型在状态3流场中散射光照片

    Figure  10.  Rayleigh scattering photo in flow field around re-entry module (case 3)

    图  11  返回舱模型绕流流场数值模拟结果(状态3)

    Figure  11.  Numerical simulation result of flow field around re-entry module (case 3)

    图  12  返回舱模型绕流气固两相流数值模拟结果(状态5)

    Figure  12.  Numerical simulation result of gas-particle two-phase flow field around re-entry module (case 5)

    图  13  不同粒径的流场速度分布结果(状态5)

    Figure  13.  Velocity distribution of particles and gas with different diameters(case 5)

    表  1  实验状态

    Table  1.   Experimental states

    序号 喷管名义Ma 介质 总压/MPa 总温/K
    1 5 氮气 0.2 288
    2 5 氮气 0.2 533
    3 6 氮气 0.31 288
    4 6 空气 0.34 441
    5 12 氮气 5.53 628
    下载: 导出CSV
  • [1] Seasholtz R G, Panda J. Rayleigh scattering diagnostic for dynamic measurement of velocity and temperature[R]. AIAA-99-0641, 1999. doi: 10.2514/6.1999-641
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    Chen L, Yang F R, Su T, et al. Interferometric rayleigh scattering velocimetry using a fabry-perot interferometer[J]. Acta Photonica Sinica, 2015, 44(1):207-210 http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical/gzxb201501032
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-02-22
  • 修回日期:  2017-07-03
  • 刊出日期:  2017-12-25

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    2021年8月13日