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Tomo-PIV亚跨声速风洞应用探索

李晓辉 王宏伟 张淼 黄湛

李晓辉, 王宏伟, 张淼, 等. Tomo-PIV亚跨声速风洞应用探索[J]. 实验流体力学, 2020, 34(4): 44-52. doi: 10.11729/syltlx20190061
引用本文: 李晓辉, 王宏伟, 张淼, 等. Tomo-PIV亚跨声速风洞应用探索[J]. 实验流体力学, 2020, 34(4): 44-52. doi: 10.11729/syltlx20190061
LI Xiaohui, WANG Hongwei, ZHANG Miao, et al. Application exploration of Tomo-PIV in the subsonic and transonic wind tunnel[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2020, 34(4): 44-52. doi: 10.11729/syltlx20190061
Citation: LI Xiaohui, WANG Hongwei, ZHANG Miao, et al. Application exploration of Tomo-PIV in the subsonic and transonic wind tunnel[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2020, 34(4): 44-52. doi: 10.11729/syltlx20190061

Tomo-PIV亚跨声速风洞应用探索

doi: 10.11729/syltlx20190061
基金项目: 

国家重点基础研究发展计划 2014CB744805

详细信息
    作者简介:

    李晓辉(1990-), 男, 安徽宿州人, 硕士, 工程师。研究方向:流动显示及流动控制技术。通信地址:北京市丰台区云岗西路17号(100074)。E-mail:lx1991h@163.com

    通讯作者:

    黄湛, E-mail: xfd_huangzh@sina.com

  • 中图分类号: V211.7

Application exploration of Tomo-PIV in the subsonic and transonic wind tunnel

  • 摘要: 层析粒子图像测速技术(Tomographic Particle Image Velocimetry,Tomo-PIV)是将PIV技术和计算机断层诊断技术(CT)相结合的一种瞬时三维流场速度测量技术,能够定量获取流场的三维结构。通过对该技术的研究,实现了其在亚跨超声速风洞的应用,并进行了超临界翼型小肋减阻的试验验证。基于中国航天空气动力技术研究院FD-12亚跨超声速风洞,设计了体光源和相机等硬件设备的布局方案,解决了示踪粒子的均匀播撒问题,测量了Ma=0.6条件下的自由来流流场,并与PIV测试结果进行对比,两者数据吻合较好,验证了Tomo-PIV的测量精度。针对超临界翼型OAT15a,测量了翼型表面分别贴附光滑薄膜和顺流向对称V形小肋薄膜后翼型尾缘后方的三维速度场。对比发现,贴附小肋薄膜后尾缘后方流场的马赫数增大,说明小肋能够减小翼面摩擦阻力,具有一定的减阻效果。
  • 图  1  Tomo-PIV技术原理图

    Figure  1.  Principles of Tomo-PIV

    图  2  亚跨声速风洞及试验段

    Figure  2.  Sub-transonic wind tunnel and test section

    图  3  翼型安装示意图

    Figure  3.  Schematic diagram of airfoil installation

    图  4  小肋薄膜外形

    Figure  4.  Shape of riblets film

    图  5  体光源结构示意图

    Figure  5.  Schematic diagram of the structure of body light source

    图  6  扩束系统原理示意图

    Figure  6.  Schematic diagram of beam expanding mirror

    图  7  光膜及小肋薄膜布置方案

    Figure  7.  Arrangement of smooth film and riblets film

    图  8  粒子发生器

    Figure  8.  Particle generator

    图  9  播撒架及开孔位置

    Figure  9.  Particle seeding frame and the hole position

    图  10  试验布局示意图

    Figure  10.  Schematic diagram of experimental scheme layout

    图  11  设备布置现场

    Figure  11.  Equipment layout

    图  12  三维速度场分布

    Figure  12.  Distribution of three-dimensional velocity field

    图  13  三维速度矢量图

    Figure  13.  Three-dimensional velocity vector field

    图  14  截面速度云图对比

    Figure  14.  Comparsion of velocity contour map

    图  15  速度波动

    Figure  15.  Velocity fluctuation

    图  16  贴附光膜后尾流速度场分布,Ma=0.6

    Figure  16.  The wake velocity field distribution after attached smooth film, Ma=0.6

    图  17  贴附小肋膜后尾流速度场分布,Ma=0.6

    Figure  17.  The wake velocity field distribution after attached riblets film, Ma=0.6

    图  18  贴附光膜后尾流速度场分布,Ma=0.7

    Figure  18.  The wake velocity field distribution after attached smooth film, Ma=0.7

    图  19  贴附小肋膜后尾流速度场分布,Ma=0.7

    Figure  19.  The wake velocity field distribution after attached riblets film, Ma=0.7

    图  20  不同截面位置的马赫数分布, Ma=0.6

    Figure  20.  The distribution of Mach number along different span wise position, Ma=0.6

    图  21  不同截面位置的马赫数分布,Ma=0.7

    Figure  21.  The distribution of Mach number along different span wise position, Ma=0.7

    图  22  展向平均之后的马赫数分布, Ma=0.6

    Figure  22.  The Mach number distribution after the spread average, Ma=0.6

    图  23  展向平均之后的马赫数分布, Ma=0.7

    Figure  23.  The Mach number distribution after the spread average, Ma=0.7

    图  24  展向平均后沿流向的马赫数变化, Ma=0.6

    Figure  24.  The change of inflow Mach number after the spread average

    图  25  展向平均后沿流向的马赫数变化, Ma=0.7

    Figure  25.  The change of inflow Mach number after the spread average

    表  1  不同来流马赫数下对应的小肋无量纲尺寸

    Table  1.   Dimensionless scale of riblets corresponding to different inflow parameters

    来流马赫数 Ma=0.6 Ma=0.7
    无量纲高度 10.587 12.993
    无量纲宽度 11.931 14.642
    下载: 导出CSV

    表  2  Tomo-PIV计算参数

    Table  2.   Calculation parameters of Tomo-PIV

    参数 数值
    相机跨帧时间 700 ns
    相机分辨率 2456 pixel×2058 pixel
    空间分辨率 35.1 pixel/mm
    景深和光圈 32 mm/8
    重构区域大小 45 mm×30 mm×12 mm
    互相关迭代窗口 64 voxel×64 voxel×64 voxel
    窗口重叠因子 75%
    下载: 导出CSV

    表  3  小肋减阻效果

    Table  3.   The drag-reduction effect of riblets film

    来流马赫数 小肋膜后平均马赫数 光膜后平均马赫数 减阻效果
    Ma=0.6 0.5697 0.5663 0.6%
    Ma=0.7 0.6543 0.6451 1.4%
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-05-09
  • 修回日期:  2019-08-23
  • 刊出日期:  2020-08-25

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    《实验流体力学》编辑部

    2021年8月13日