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第十七届中国空气动力学物理气体动力学学术交流暨第三届高超声速冲压发动机内外流耦合流动研讨会

召开年：2015
召开地：成都
出版时间： 2015-08

主办单位：中国空气动力学会

会议文集：第十七届中国空气动力学物理气体动力学学术交流暨第三届高超声速冲压发动机内外流耦合流动研讨会论文集

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1.等截面S弯隔离段流场特性研究
- An Bin;安彬;Fan Xiaoqiang;范晓樯;Li Tengji;李腾骥;Xiong Bing;熊冰
- 《第十七届中国空气动力学物理气体动力学学术交流暨第三届高超声速冲压发动机内外流耦合流动研讨会》 | 2015年
摘要：对三种不同转弯方式的S弯隔离段和等直隔离段进行数值模拟,获得并对比了不同边界条件下各隔离段的流场结构和性能参数.结果表明,高反压条件下中心对称型和后部转弯较急型隔离段性能稍逊于等直隔离段,前部转弯较急型隔离段性能与等直隔离段相当.但后者在某些反压下流场存在剧烈振荡,故在工程上推荐前两种隔离段.入口边界层厚度对S弯隔离段流场结构的影响有限,而入口马赫数的增加可以显著提高S弯隔离段抗反压能力.
2.前体构型对进气道气动性能影响的初步研究
- Chen wen-fang;陈文芳;Hua zheng-xu;华正旭;Liu jun;刘君;Yuan hua-cheng;袁化成
- 《第十七届中国空气动力学物理气体动力学学术交流暨第三届高超声速冲压发动机内外流耦合流动研讨会》 | 2015年
摘要：为了探究前体构型对进气道气动特性的影响,在相同的外压缩角度及几何长度下,设计了升力体和类乘波体两种前体构型方案.就不同前体构型对进气道气动特性的影响开展了三维数值模拟研究,并与进气道二维流动进行了对比分析.结果显示:相比于进气道二维流动,三维升力体和类乘波体前体构型均存在一定的横向溢流,导致进气道流量捕获能力降低,偏离二维流动,性能下降:前体两侧下洗会放大气流的横向压力梯度,而前体上兜可以缩小气流的横向压力梯度,从而有效抑制横向溢流;类乘波体前体构型相比升力体前体构型,进气道的流量系数更大,增压比和总压恢复系数也更高,对攻角变化带来的影响更不敏感,升阻比则相当,虽然阻力系数较大,但总体来说更优.
3.化学动力学模型在等离子体流动数值模拟中的应用研究
- Gao Tiesuo;高铁锁;Jiang Tao;江涛;Ding Mingsong;丁明松;Dong Weizhong;董维中;Liu Qingzong;刘庆宗
- 《第十七届中国空气动力学物理气体动力学学术交流暨第三届高超声速冲压发动机内外流耦合流动研讨会》 | 2015年
摘要：准确模拟高超声速飞行器周围等离子体分布是可靠预测通信中断及飞行器目标特性的基础,而化学动力学模型是影响非平衡等离子体流动数值模拟结果的关键因素之一.针对典型飞行试验条件,基于求解化学非平衡N-S方程的数值方法,对再入体非平衡等离子体流动进行数值模拟,比较分析了两种典型化学动力学模型对电子数密度数值模拟结果的影响.研究发现,7组分化学动力学模型获得的电子数密度具有较好的一致性,而11组分化学动力学模型的数值模拟结果则存在较大差异,总体上Park模型与飞行试验测量结果及理论分析具有较好的一致性.
4.不同来流速度的球/柱流场对激光传输影响的数值模拟
- Guan Qi;关奇;Du Taijiao;杜太焦;Chen Zhihua;陈志华;Yan Wei;闫伟;Peng Guoliang;彭国良
- 《第十七届中国空气动力学物理气体动力学学术交流暨第三届高超声速冲压发动机内外流耦合流动研讨会》 | 2015年
摘要：采用大涡模拟的方法计算了来流速度分别为0.6Ma、0.7Ma、0.8Ma和0.9Ma的球/柱形结构附近的流场,给出了密度和光程差的统计结果,并采用相屏法研究了几种流场对激光传输的影响.结果表明:随着来流速度的增加,密度均方根和光程差均方根增大,激光远场峰值功率密度减小,光斑扩散加剧.
5.不可压缩两相渗流的有限元数值模拟研究
- He Zeng;何增;Tian Zhou;田宙;Wang Tieliang;王铁良;Zhang Baihua;张柏华
- 《第十七届中国空气动力学物理气体动力学学术交流暨第三届高超声速冲压发动机内外流耦合流动研讨会》 | 2015年
摘要：根据考虑毛细作用的不可压缩两相渗流理论,改正了开源程序库deal.Ⅱ教程中所使用的IMPES算法,建立了一套完整的有限元计算格式.所建立的数值方法具有较好的普遍性,并在deal.Ⅱ的框架内予以实现.对于离散所形成的线性方程组,本文详细讨论了分步求解步骤,重点是Schur补过程和预处理技术.最后,利用上述方法研究了三个基准算例,分别为均质介质、单裂隙介质和随机介质中的驱替过程,计算结果表明:(1)均质介质中湿润相流体具有锐利的推进锋面,但最终在流动方向上饱和度会形成凹陷;(2)非均质介质中湿润相流体主要在高渗透率区域及它们的通道之间流动,而在低渗透率的基岩中推进速度十分缓慢,实际流动路径与渗透率分布密切相关.因此,渗透率分布的准确数据对于实际应用具有关键意义.
6.高超声速轴对称进气道不起动流场结构数值研究
- Huang SiYuan;黄思源
- 《第十七届中国空气动力学物理气体动力学学术交流暨第三届高超声速冲压发动机内外流耦合流动研讨会》 | 2015年
摘要：对四个具有不同内收缩比的高超声速轴对称进气道在四种来流马赫数条件下的不起动流场进行了数值模拟,以研究其内在流动机理.分析认为进气道不起动流场分离区前部区域静压值由上游壁面边界层的抗反压能力决定,上游超声速主流则会根据分离区前部区域静压值调整出与之匹配的分离激波角度.上游壁面边界层对进气道分离区流动影响的数值模拟结果印证了这一分析.
7.固体火箭发动机喷焰两相反应流数值计算
- Li Haiyan;李海燕;Luo Wanqing;罗万清;Shi Anhua;石安华;Huang Jie;黄洁
- 《第十七届中国空气动力学物理气体动力学学术交流暨第三届高超声速冲压发动机内外流耦合流动研讨会》 | 2015年
摘要：为了分析导弹喷焰红外特性以及光谱特征,需要通过理论分析方法获得固体火箭发动机喷焰流场特性.本文首先采用最小自由能方法获得发动机燃烧室燃烧特性与喷管喉道和出口流动参数,然后通过数值求解Favre平均化学反应湍流Navier-Stokes方程来获得喷管外部与弹身外部的流动特征,模拟湍流时采用了k-ω两方程模型.采用单向耦合的颗粒轨道模型结合多块网格流场变量搜索技术来模拟流动中的Al2O3凝聚相颗粒运动.通过本文工作建立了导弹固体火箭发动机喷焰流场特性的数值模拟方法,获得了喷焰中温度、不同气体组分和Al2O3颗粒数密度等参数,为分析导弹喷焰光电特性提供了基础数据.
8.基于特征线追踪的超声速矩形截面喷管设计
- Liu Hongyang;刘红阳;Zhao Yuxin;赵玉新
- 《第十七届中国空气动力学物理气体动力学学术交流暨第三届高超声速冲压发动机内外流耦合流动研讨会》 | 2015年
摘要：本文提出了一种基于特征线追踪和残差修正思想进行超声速流场设计的新方法,以解决全三维超声速流场设计问题.通过预先给定中心线上马赫数分布,结合残差修正的概念,分别设计了方形截面和倒矩形转高矩形超声速喷管.结果表明,所设计流道内部不存在集中的膨胀波或压缩波,出口马赫数分布均匀,气流品质较高,由此验证了特征线追踪方法在三维变截面超声速流道设计中的有效性.该方法通过假设特征线在边界层亚声速区域内的走向垂直于壁面,可直接设计得到粘流构型而无需传统方法中的边界层修正,同时由于所设计流道截面均为已知矩形,与现有其它设计方法相比,其构型更易于加工,特征线追踪反设计方法由本文首次提出,并高效利用了CFD强大的计算功能.
9.超声速进气道扩张段内伪激波特性研究
- Ma Guangfu;马广甫;Xie Wenzhong;谢文忠
- 《第十七届中国空气动力学物理气体动力学学术交流暨第三届高超声速冲压发动机内外流耦合流动研讨会》 | 2015年
摘要：超声速进气道扩张段内伪激波特性对其流动特征和气动性能具有重要影响.本文研究了扩张段长度、扩张比、中心线偏距等参数在进气道设计马赫数下对伪激波特性和气动性能的影响规律.结果表明:扩张段内伪激波向边界层偏薄的一侧偏斜;在研究范围内,扩张段越长,抗反压能力越强,总压恢复系数、出口马赫数均降低;在11倍喉道高度长度下,扩张比增加使得抗反压能力降低,总压恢复系数降低,出口马赫数先减小后增加,增加扩张段长度至16倍喉道高度时,扩张比增加可以增强抗反压能力,降低出口马赫数;中心线偏距增加在未形成单边扩张前对其性能没有显著影响,形成单边扩张后,出口马赫数有所上升,抗反压能力降低.
10.亚音速气流和激光联合作用下金属熔化物迁移模拟研究
- Peng Guoliang;彭国良;Wei Chenghua;韦成华;Zhang Xianghua;张相华;Yan Hui;闫辉
- 《第十七届中国空气动力学物理气体动力学学术交流暨第三届高超声速冲压发动机内外流耦合流动研讨会》 | 2015年
摘要：本文利用CFD软件模拟了横掠气流和激光联合作用下金属熔化物迁移过程.通过对迁移行为的研究,分析不同气流速度与激光强度、光斑尺寸下熔池形貌特征,研究了背表面温升与气流速度、光斑尺寸等的关系.研究结果表明:液态金属层在熔池上游较厚,下游较薄;总功率一定时,光斑越小,功率密度越高,熔穿时间越短,但能量效率会更高;气流对背表面温升的影响主要是金属熔化物的迁移,气流速度越大,背表面温升越快.
11.压力扰动对高超声速前体转捩影响研究
- Teng Yulin;滕瑜琳;Xie Lvrong;谢旅荣
- 《第十七届中国空气动力学物理气体动力学学术交流暨第三届高超声速冲压发动机内外流耦合流动研讨会》 | 2015年
摘要：采用数值仿真的方法研究压力扰动对边界转捩的影响.结果表明:压力扰动的强度、位置对边界层转捩产生较为明显的影响;激波引起扰动增大,有效促使转捩的发生,激波的位置及强度决定着转捩起始点的位置及过渡段的长度;采用闭环引气的方式,可以促使转捩的提前,转捩区域受到引气点压力以及引气通道的型面等影响.
12.金属界面Rayleigh-Taylor不稳定性的线性分析
- Wang Bing;汪兵;Wang Tao;王涛;Bai Jinsong;柏劲松
- 《第十七届中国空气动力学物理气体动力学学术交流暨第三届高超声速冲压发动机内外流耦合流动研讨会》 | 2015年
摘要：为了定量分析金属界面Rayleigh-Taylor不稳定性实验,本文利用能量平衡方法推导了界面扰动满足的线性方程;采用Runge-Kutta法求解方程得到扰动随时间的演化.通过引入变压力加载条件以及金属高压本构模型——Steinberg-Guinan模型,本文分析了Barnes等的经典爆轰加载实验,得到的结果与实验定量吻合.结果表明,传统线性分析中的常压加载条件以及理想塑性本构模型无法满足实验的定量分析;线性分析方法在当前的实验条件下依然适用.
13.欧洲再入飞行项目EXPERT综述
- Wang Qingwen;王庆文;Liu Jun;柳军;Yuan Xianxu;袁先旭;Huang wei;黄伟
- 《第十七届中国空气动力学物理气体动力学学术交流暨第三届高超声速冲压发动机内外流耦合流动研讨会》 | 2015年
摘要：本文对EXPERT计划的背景、任务要求、气动构型设计和系统设计等内容进行综述.EXPERT计划是欧洲载人空间运输计划的重要组成部分,主要通过验证机再入飞行演示来收集高超声速气动热力学数据,并用获得的数据来验证设计验证机所用的工具和数据库是否合理.目前,EXPERT计划进展顺利,地面试验项目基本完成,进入全面的研制阶段.
14.超声速气流中高压脉冲喷注技术研究综述
- Wang Xichao;王喜超;Yang Leichao;杨雷超
- 《第十七届中国空气动力学物理气体动力学学术交流暨第三届高超声速冲压发动机内外流耦合流动研讨会》 | 2015年
摘要：在高超声速飞行条件下,超燃冲压发动机燃烧室内气流驻留时间短而燃烧室长度有限,使燃料高效燃烧获得良好推力性能的前提和关键是燃料与超声速来流充分的混合,采用高喷注压降是提高燃料射流贯穿深度,增强雾化的有效方法,而利用射流的非定常特性的脉冲喷注已得到了大量的研究,发现在特定的频率下,射流穿透深度和混合性能达到最优.本文对现阶段高压脉冲射流技术研究进展进行了综述.分析了高压射流和脉冲射流在横向超声速气流的破碎及雾化特性,探究其破碎和雾化规律,同时探究了影响脉冲喷注雾化的影响因素.
15.爆炸冲击问题物质点法数值模拟
- Wang Yuxin;王宇新;Li Xiaojie;李晓杰;Yan Honghao;闫鸿浩;Wang Xiaohong;王小红;Sun Ming;孙明
- 《第十七届中国空气动力学物理气体动力学学术交流暨第三届高超声速冲压发动机内外流耦合流动研讨会》 | 2015年
摘要：爆炸冲击问题模拟通常利用有限元、有限差分、离散元和无网格法,每种数值方法都有不同的优势与不足,像有限元等方法在处理塑性大变形和破损时,网格发生畸变缠绕,导致计算效率和数值精度严重下降,甚至无法得到正确结果.为了解决传统计算方法的缺陷,本文应用物质点法以及显式积分算法对炸药爆轰和爆炸焊接等典型的爆炸冲击问题进行三维数值模拟,不仅避免了网格重新划分问题,而且也为爆炸冲击数值计算与可视化分析提供了有效的思路和可行的方法.
16.数值格式对Rayleigh-Taylor不稳定性问题的影响
- Wu Jie;吴杰
- 《第十七届中国空气动力学物理气体动力学学术交流暨第三届高超声速冲压发动机内外流耦合流动研讨会》 | 2015年
摘要：在结构网格有限体积框架下,较全面的分析了时间离散格式、重构格式、重构变量和无粘通量格式对Rayleigh-Taylor不稳定性问题的影响.重构方面,选取了WENO、MDCD和OMP6格式以对比传统的MUSCL格式;无粘通量方面,选取了AUSM+-up2、SLAU2和HLLC格式以对比传统的Steger-Warming、Roe和HLL格式;时间推进方面,选取了不同的SSPRK格式和双时间步法.计算表明,重构格式和无粘通量格式极大地影响着流场的细微结构,高阶高分辨率格式必须配以合适的网格以及格式的耗散特性才能得到可信赖的模拟结果.
17.超燃发动机燃烧模态转换过程研究
- Xiao Baoguo;肖保国;Xing Jianwen;邢建文;Tian Ye;田野;Wang Xiyao;王西耀
- 《第十七届中国空气动力学物理气体动力学学术交流暨第三届高超声速冲压发动机内外流耦合流动研讨会》 | 2015年
摘要：针对马赫数3.0,总温1500K,总压2.1MPa的来流条件,测量了燃烧室上壁面中心线上的压强分布,数值分析了不同当量比条件下燃烧室马赫数分布、隔离段激波结构和释热速率分布,完成了燃烧模态转换的直连式实验和数值模拟研究.对于本文的燃烧室构型,可以用隔离段出入口的壁面压比作为燃烧模态的定量判别依据,压比小于1.5时为超燃模态,大于1.5时为亚燃模态.基于燃烧释热分布,燃烧模态可以分为两类,超燃模态下燃烧释热是分布式的,燃烧室流动速度为超声速,隔离段无分离;亚燃模态下燃烧释热是集中式的,燃烧室流动为亚声速,隔离段存在大分离以及强激波串.
18.HPM大气击穿特性初步研究
- Yan Eryan;闫二艳;Qiu Feng;邱风;Meng Fanbao;孟凡宝;Ma Hongge;马弘舸;徐刚
- 《第十七届中国空气动力学物理气体动力学学术交流暨第三届高超声速冲压发动机内外流耦合流动研讨会》 | 2015年
摘要：高功率微波脉冲传输过程研究中最关注的问题之一是脉冲到达目标之前如何减小脉冲的能量损失.在非常高的微波功率区域,高功率微波空气击穿放电特性研究是高功率微波脉冲传输的重要部分.在本文中,通过高功率微波等离子体相关实验和基础理论分析,对高功率微波气体击穿时间特性、微波传输特性等开展了研究.
19.高超声速风洞空气加热装置碳氢燃料选择分析
- Yan Zhihui;晏至辉;Liu Weixiong;刘伟雄;Yang yang;杨样
- 《第十七届中国空气动力学物理气体动力学学术交流暨第三届高超声速冲压发动机内外流耦合流动研讨会》 | 2015年
摘要：对高超声速风洞空气加热装置碳氢燃料选用问题进行了研究,从燃料物理化学性能对比、污染空气组分析、喷管水凝结问题等角度对比分析了乙醇、煤油、甲烷和异丁烷四种燃料的优缺点.通过研究对比发现,异丁烷为燃烧加热器燃料较优的选择.
20.TNT空中爆炸冲击波传播规律数值模拟技术研究
- Yao Chengbao;姚成宝;Zhang Baihua;张柏华;Wang Hongliang;王宏亮
- 《第十七届中国空气动力学物理气体动力学学术交流暨第三届高超声速冲压发动机内外流耦合流动研讨会》 | 2015年
摘要：针对空中爆炸问题的特点,编写了适用于爆炸流场数值模拟的多介质流体计算程序.利用有限体积方法求解流体的控制方程,采用Level Set方法捕捉爆炸产物与空气的运动界面,并通过求解物质界面两侧Riemann问题来计算产物与空气之间的数值通量.利用计算程序对1kgTNT在空气自由场中爆炸进行数值模拟,计算得到的峰值超压、正压冲量等物理参数与实测和经验公式结果基本符合,说明本文所采用的方法合理,程序正确.
21.超燃冲压可调进气道接力马赫数下起动特性试验研究
- Yu Anyuan;余安远;Ni Hongli;倪鸿礼;Yang Dawei;杨大伟;Zhou Kai;周凯
- 《第十七届中国空气动力学物理气体动力学学术交流暨第三届高超声速冲压发动机内外流耦合流动研讨会》 | 2015年
摘要：在常规连续风洞中开展了某超燃冲压实时可调二元进气道在转级马赫数下的旋转唇口变几何试验研究,获得了接力马赫数Ma4下动态可调进气道的唇口旋转起动特性.试验通过测量并分析中心体子午面沿程压力分布,获得了旋转唇口引起的"起动/不起动"迟滞环.结果表明,唇口压缩角直接影响着进气道的起动性能,本研究进气道在唇口角4°是其自起动角,而8°是其不起动角;二维计算结果比试验更苛刻,计算得到的自起动角以及不起动角均比试验高2°,但依然为试验提供了指导;可旋转唇口为可调进气道提供了一种可行方案.
22.高Re数圆柱射流表面振荡特性试验研究
- Zeng Yeming;曾夜明;Li Qinglian;李清廉;Wu Liyin;吴里银;Li Chun;李春
- 《第十七届中国空气动力学物理气体动力学学术交流暨第三届高超声速冲压发动机内外流耦合流动研讨会》 | 2015年
摘要：采用高速摄影对圆柱射流出口近场段进行了实验研究,分析了高Re数下的射流表面现象.通过对射流边界位置的连续追踪,采用傅立叶变换,得到射流边界振荡的频率,并研究了喷注压降对射流振荡的影响.结果表明:d=1.5mm孔径下,圆柱射流近场边界的振荡频率随喷注压降的增大而增大,其频值随压降的变化是阶跃性的,而非连续的,且存在一个基频,在本实验中,基频为17.456Hz.
23.壁面压力/马赫数复合分布几何方式组合的曲面压缩面研究
- Zhang Lin;张林;Zhang Kunyuan;张堃元;Chen Qianghong;陈强洪;Qiu Yong;邱勇;Li Minghai;李明海
- 《第十七届中国空气动力学物理气体动力学学术交流暨第三届高超声速冲压发动机内外流耦合流动研讨会》 | 2015年
摘要：根据给定壁面参数分布规律反设计压缩面的方法,通过几何方式组合研究了壁面采用压力/Ma数复合分布规律的曲面压缩面,分析了压缩型面的参数分布和性能特点.在与参考二维进气道相同约束条件下,将曲面压缩面应用于二维进气道,分析了其性能并与参考二维进气道进行了对比.数值研究结果表明:几何方式组合能充分发挥壁面按单一参数设计所得曲面压缩面的优势,使壁面参数分布得到有效改善并趋于更加合理.同参考二维进气道相比,几何方式组合进气道的外压缩面长度有所增加,但在Ma=4～6范围内它的喉道总压恢复系数均得到显著提高.Ma=6时,几何方式组合进气道的喉道总压恢复系数提高10％;Ma=4时其喉道总压恢复系数提高9.6％.
24.弱电离等离子体中热效应对激波传播影响的理论研究
- Zhou Qianhong;周前红;Dong Zhiwei;董志伟;Yang Wei;杨薇
- 《第十七届中国空气动力学物理气体动力学学术交流暨第三届高超声速冲压发动机内外流耦合流动研讨会》 | 2015年
摘要：激波在弱电离等离子体传播过程中的加速、变弱、"变宽"、"分裂"等现象从上世纪八十年代开始一直被实验和理论不断地研究,目前很多文献认为热不均匀性可以解释实验中出现的主要现象.本文使用流体模拟,对激波管中激波在弱电离等离子体中的传播过程进行模拟;研究激波在弱电离等离子体中的传播过程.发现激波在进入等离子体(热不均匀)区域后,会出现激波弯曲、分叉,强度变弱;离开等离子体区后会发生激波分裂;但随着离开等离子体区的距离增加,分裂的两激波间距不断缩小,强度增加,直至重新重合为一个激波.
25.多次冲击作用下RM不稳定性增长规律研究
- Bai Jingsong;柏劲松;Wang Tao;王涛;Wang Bing;汪兵;Du Lei;杜磊;Li Ping;李平
- 《第十七届中国空气动力学物理气体动力学学术交流暨第三届高超声速冲压发动机内外流耦合流动研讨会》 | 2015年
摘要：对多次冲击作用下的多模态RM不稳定性增长规律及初始冲击波马赫数对其增长规律的影响进行了数值模拟研究.结果显示湍流混合区宽度在不同的阶段具有不同的增长规律,而且不同马赫数的初始冲击波作用下其宽度增长规律是相似的.不同马赫数的初始冲击波对湍流混合区宽度的增长率有很大影响,特别是在反射冲击之前,但是并不会改变其增长规律.
26.超燃发动机燃料当量比与燃烧压力数学模型
- Deng Weixin;邓维鑫;Le Jialing;乐嘉陵;Yang Shunhua;杨顺华;Zhang Wanzhou;张弯洲
- 《第十七届中国空气动力学物理气体动力学学术交流暨第三届高超声速冲压发动机内外流耦合流动研讨会》 | 2015年
摘要：基于脉冲燃烧直连式试验平台,针对特定构型的乙烯燃料超燃冲压发动机燃烧室模型,研究了不同油位的富油、贫油极限,确定了燃料当量比取值区间.以燃料当量比为自变量,燃烧压力为因变量,建立了二者的数学模型.利用数据拟合方法构建了三种拟合函数:多项式函数、指数函数和Boltzmann函数.在每个油位各选用两个当量比对数学模型进行了验证.结果表明:对第一油位,小当量比时多项式函数和指数函数不能预测压力分布的趋势,而Boltzmann函数的计算值与试验值的误差仅在4个测点超过10％;大当量比时三个函数的计算值和试验值的差值均小于10％.对第二油位,无论是小当量比或大当量比,多项式函数和指数函数均有部分测点的计算值与试验值相差超过10％,而Boltzmann函数所有测点的计算值与试验值相差均小于10％.
27.WCNS格式在热化学非平衡流数值模拟中的应用研究
- Ge Mingming;葛明明;Zeng Ming;曾明;Zhao Xiaoyu;赵小宇
- 《第十七届中国空气动力学物理气体动力学学术交流暨第三届高超声速冲压发动机内外流耦合流动研讨会》 | 2015年
摘要：高温条件下的热化学非平衡现象是高超声速流场的重要特征之一，对于高超声速热化学非平衡流的数值模拟早在上世纪60年代已经开始了相关研究。本文将显式5阶加权紧致非线性格式(WCNS-E-5)引入二维高温非平衡流计算程序,进行自由流速度5.0～5.7km/s的高焓风洞和高空条件下的圆柱非平衡流场数值模拟,得到了正确的流场参数分布和壁面热流等结果.分析并针对算例条件初步解决了高阶格式在刚性化学反应流模拟中的鲁棒性难题,为进一步采用高阶格式开展存在复杂相互作用的热化学非平衡流动数值研究奠定了良好基础.
28.附面层吸除对稳定结尾激波串作用初步研究
- Guan Xiangdong;关祥东;Li Bin;李斌;Zhu Shoumei;朱守梅
- 《第十七届中国空气动力学物理气体动力学学术交流暨第三届高超声速冲压发动机内外流耦合流动研讨会》 | 2015年
摘要：亚燃冲压发动机具有结构简单、成本低廉的特点，由于内部不包含涡轮、涡扇等二次增压设备，对来流空气进行减速增压的重任完全由超声速进气道承担，因此其性能和稳定性对亚燃冲压发动机显得尤其重要。为研究位于超声速进气道喉道下游的附面层吸除措施对稳定结尾激波串的作用,本文以轴对称进气道为例,在Ma=5.0、0°攻角工况下进行了进气道节流特性数值模拟研究,获得了不同吸除方案对进气道流场和性能的影响效果.计算结果分析表明,各吸除方案都可以在不同程度上增加进气道亚临界稳定范围.吸除位置和吸除缝数量存在较优设计,可在较小的流量损失下获得较高的最大总压恢复系数.
29.低功率氮氢电弧加热发动机数值模拟
- He Qingsong;何青松;Wang Haixing;王海兴
- 《第十七届中国空气动力学物理气体动力学学术交流暨第三届高超声速冲压发动机内外流耦合流动研讨会》 | 2015年
摘要：本文采用基于局域热力学平衡假定的物理数学模型对低功率氮氢电弧加热发动机内的传热与流动过程进行了数值模拟研究,分析了喷管收缩段角度、阴阳极间距以及约束通道直径变化对发动机内轴向速度分布、温度分布以及发动机基本性能参数的影响.结果表明,喷管收缩段角度对发动机内部的轴向速度分布、温度分布以及性能影响较小;增加阴阳极间距和减小约束通道直径可以提高发动机内部的轴向速度和温度,提高发动机性能.
30.基于自动溢流控制下的高超声速变几何进气道不起动特性初步研究
- Hua Zhengxu;华正旭;Wang Jingang;王金刚;Chen Wenfang;陈文芳;Teng Jian;滕健;Yuan Huacheng;袁化成
- 《第十七届中国空气动力学物理气体动力学学术交流暨第三届高超声速冲压发动机内外流耦合流动研讨会》 | 2015年
摘要：为深入理解唇罩侧板后掠时,后掠角变化对二元高超声速变几何进气道起动性能及气动性能的影响,采用三维数值模拟分析与风洞试验相结合的方法,研究了变几何时进气道自起动性能及起动时的气动性能规律,对比分析了侧板不同后掠状态下的不起动流场结构及后掠角对进气道起动性能的影响机理.研究结果表明:唇罩后掠能够降低进气道的自起动马赫数,且后掠角越大,自起动马赫数越低.同一来流条件下存在最小自起动后掠角,不同来流条件下,存在最优控制后掠角度使得可使进气道在保证了起动性能的同时具有较高的综合气动性能.对于本文研究的进气道,变几何最优后掠控制角为40度.
31.一维平面冲击波与双界面作用理论分析
- Jia Leiming;贾雷明;Tian Zhou;田宙
- 《第十七届中国空气动力学物理气体动力学学术交流暨第三届高超声速冲压发动机内外流耦合流动研讨会》 | 2015年
摘要：本文将一维平面冲击波与双界面(介质界面、固壁)作用,分解为一系列的波与界面作用,进而采用一维流体力学理论进行求解.介质采用完全气体状态方程描述.波在双界面之间的来回反射,使得流场中介质界面附近产生往返传播的波系.以S、R分别表示冲击波和稀疏波,通过改变物理场初始密度和比热比,共得到四种可能的波系类型:[S-S-S|S-SS-S],波系中各波均为冲击波:[R-R-R|R-R-R],波系中各波均为稀疏波;[S-S-S|R-R-R],波系中冲击波与稀疏波交替出现;[R-R-R|S-S-S],波系中稀疏波与冲击波交替出现.不同的波系类型,导致流场物理量以不同的规律演化.介质界面趋于静止,固壁表面压力会逐渐趋于某一极限值,该值与界面和固壁间介质的初始密度和比热比成正相关.
32.高超声速钝锥绕流N-S/DSMC耦合算法研究
- Li Zhonghua;李中华;Li Zhihui;李志辉;Li Haiyan;李海燕;Yang Yanguang;杨彦广;Jiang Xinyu;蒋新宇
- 《第十七届中国空气动力学物理气体动力学学术交流暨第三届高超声速冲压发动机内外流耦合流动研讨会》 | 2015年
摘要：基于求解N-S方程的CFD技术和DSMC方法,采用MPC耦合技术,建立了一种求解过渡流区高超声速三维绕流的N-S/DSMC算法.采用亚松弛技术处理N-S和DSMC算法之间的信息交换.采用CFD、DSMC和N-S/DSMC耦合算法分别计算了70°球锥在不同Kn数的流动.耦合算法结果与DSMC和试验结果吻合很好.N-S/DSMC耦合算法提供了一种求解近连续流、过渡流区的高超声速气动特性的有效方法.
33.一种非结构网格中的快速颗粒定位方法
- Lu Deyong;卢德勇;Wang Xiaodong;王晓栋
- 《第十七届中国空气动力学物理气体动力学学术交流暨第三届高超声速冲压发动机内外流耦合流动研讨会》 | 2015年
摘要：许多的工程应用都涉及到两相流动,而两相流动数值计算中的颗粒追踪定位需要快速稳健的颗粒定位算法.本文提出一种沿着颗粒轨迹搜索的颗粒定位算法,算法的关键是找到颗粒逸出面.这种方法可以应用到二维和三维非结构网格;算法思路简洁,易于程序实现,并且快速、稳健;能够有效处理小洞、壁面等复杂网格中的内外边界问题.最后,利用二维和三维算例来证明这种颗粒定位算法的有效性和快速性.
34.超音速来流对航炮冲击波特性影响数值研究
- Qiao Haitao;乔海涛;Guo Zeqing;郭则庆;Jiang Xiaohai;姜孝海;Wang Hengyu;王恒宇;Qin Jianhua;秦建华;Xu Shang;徐上
- 《第十七届中国空气动力学物理气体动力学学术交流暨第三届高超声速冲压发动机内外流耦合流动研讨会》 | 2015年
摘要：航炮膛口冲击波对飞机发动机进气过程及飞机表面涂层具有破坏作用.现代战机航炮发射是一个有超音速来流条件下的非定常射流发展过程,其受飞行速度的影响很大.建立了含内埋式航炮的飞机三维网格计算模型,采用Fluent软件对静止条件和1.5Ma来流条件下的航炮发射过程进行了数值模拟.计算结果描述了超音速来流下膛口冲击波的结构特征及其发展规律,可为新型飞机航炮设计与机身防护提供重要依据.
35.煤油燃料双模态冲压发动机燃烧性能分析
- Tian Ye;田野;Xiao Baoguo;肖保国;Zhang Shunping;张顺平;Xing Jianwen;邢建文
- 《第十七届中国空气动力学物理气体动力学学术交流暨第三届高超声速冲压发动机内外流耦合流动研讨会》 | 2015年
摘要：通过数值模拟和地面试验研究了当量比和注油分布对双模态冲压发动机燃烧性能的影响,结果表明:在隔离段入口马赫数2.0,总温1100K,总压1MPa的入流条件下,总当量比0.6时,燃烧模态为双模态亚燃模态,热力喉道位置位于凹槽出口处;总当量比大于0.6时,发动机燃烧模态为亚燃模态,热力喉道位置相同,流场结构稳定.
36.连续旋转爆震发动机液体喷注混合过程数值仿真
- Wang Di;王迪;Zhou Jin;周进;Lin Zhiyong;林志勇
- 《第十七届中国空气动力学物理气体动力学学术交流暨第三届高超声速冲压发动机内外流耦合流动研讨会》 | 2015年
摘要：本文研究基于液体燃料的火箭基连续旋转爆震发动机,建立发动机喷注的三维模型,对发动机的喷注混合过程两相数值模拟.发动机中内流动为煤油燃料与氧化剂的两相流动,煤油从小孔喷入,气体从环缝进入.数值仿真中,气相基于SST-k-ω模型的湍流输运方程、液相基于颗粒随机轨道模型的拉格朗日方法进行计算,通过气液两相耦合计算,得到连续旋转爆震发动机中液体燃料雾化与混合过程.通过改变不同燃料出口速度,不同喷孔位置以及不同的气体来流速度,对颗粒直径分布和混合效率等因素进行分析,总结连续旋转爆震发动机中液体喷注混合过程中的掺混规律.
37.多模态RM不稳定性诱发湍流混合动力学行为研究
- Wang Tao;王涛;Li Ping;李平;Bai Jingsong;柏劲松;Wang Bing;汪兵;Du Lei;杜磊;Gang Tao;陶钢
- 《第十七届中国空气动力学物理气体动力学学术交流暨第三届高超声速冲压发动机内外流耦合流动研讨会》 | 2015年
摘要：对冲击波作用下的多模态RM不稳定性及其诱发的湍流混合进行了大涡模拟研究,分析了湍流混合演化的动力学行为.结果显示,每次冲击都会使得混合区湍流增强,冲击完成后就逐渐衰减.初始冲击后,湍流混合区的统计量以幂次律衰减.反射冲击后,统计量以指数规律衰减.反射稀疏波作用后,统计量以具有不同衰减因子的指数规律衰减.反射压缩波作用后,统计量以渐近的方式衰减.因此,湍流混合区的演化具有统计相似性.随着湍流混合区的发展,能谱逐渐向低波数区移动.混合区湍流充分发展后,能谱具有k-3.5标度关系.
38.未反应炸药JOB-9003状态方程研究
- Wang Yanfei;王延飞;Jin Bo;金博;Huang Wenbin;黄文斌;Li Jinhe;李金河;Zhao Feng;赵锋;Zhang Xu;张旭
- 《第十七届中国空气动力学物理气体动力学学术交流暨第三届高超声速冲压发动机内外流耦合流动研讨会》 | 2015年
摘要：采用火炮加载技术对HMX基JOB-9003炸药进行了一维平面冲击实验,通过电磁粒子速度计测量了冲击前端的界面粒子速度以及通过冲击波示踪器计算出界面冲击波速度,从而获得了该炸药的冲击Hugoniot线;在已知炸药各组分冲击绝热线的条件下,利用叠加原理和疏松材料冲击绝热线的计算方法,对未反应炸药的冲击Hugoniot进行理论计算,计算结果与实验吻合度较高.进而利用实测的冲击绝热线对格林纳森状态方程进行标定,确定了JOB-9003炸药的状态方程参数.
39.剪切层与边界层组合流动的线性不稳定性分析
- Wang Yifan;王一帆;liu Fengjun;刘凤君;Piao ying;朴英
- 《第十七届中国空气动力学物理气体动力学学术交流暨第三届高超声速冲压发动机内外流耦合流动研讨会》 | 2015年
摘要：剪切层与边界层之间的相互干扰流动常见于航空飞行器和航空发动机燃烧室,深入认识其流动机理在控制流动方面将发挥重要作用.本文对不可压缩剪切层与边界层的组合流动完成了线性稳定性研究,组合流动的数学模型为Blasius边界层相似解与双曲正切函数的叠加,采用整体数值方法求解组合流动的稳定性方程,并完成计算程序的验证和网格无关性研究.研究结果给出剪切层与边界层组合流动的不稳定模态的确认,即边界层模态和剪切层模态.在此基础上研究了剪切层对边界层模态的影响以及壁面对剪切层模态的影响.由于剪切层的存在,边界层模态的不稳定性受到增强或抑制的影响,取决于扰动频率.壁面对剪切层模态的不稳定性的影响基本上是抑制的.
40.膜式油流显示技术在脉冲类高超声速风洞上进气道试验中的应用研究
- Wang Zhenfeng;王振锋;Bai Hanchen;白菡尘;Chen Jun;陈军
- 《第十七届中国空气动力学物理气体动力学学术交流暨第三届高超声速冲压发动机内外流耦合流动研讨会》 | 2015年
摘要：为在脉冲燃烧风洞上发展膜式油流显示技术,针对M6条件下有效试验时间短(约300ms)、气流总温高(可达1650K)等困难,提出了一种技术方案,并在高超进气道外压缩面流动分离试验中得到了应用.试验条件为马赫数6、总温1650K、总压5.5MPa.使用了2个两级压缩楔模型,气流偏转角为10°+10°和10°+30°.结合流场条件,对比了重力、流向压力梯度和剪切应力对油膜运动的影响程度,得到了显示油粘度、油膜厚度与运动速度的关系,给出了膜式油流试验准则.应用特定的显示油配方,通过喷枪提供油膜,采用高速相机获得了较好的膜式油流图谱序列.油流图谱显示,第二级气流偏转角为10°时,流动不分离,为30°时则分离.采用Fluent辅助模拟分析了流场结构,获得的流动分离情况与试验结果一致.这些结果表明在脉冲燃烧风洞上利用膜式油流技术,开展高超进气道流动分离研究是可行的.
41.基于OpenFOAM的航空煤油喷雾雾化过程的数值模拟研究
- Wu Yingchuan;吴颖川;He Yuanyuan;贺元元;Liu Tao;刘涛;Zhao Dongmei;赵冬梅
- 《第十七届中国空气动力学物理气体动力学学术交流暨第三届高超声速冲压发动机内外流耦合流动研讨会》 | 2015年
摘要：采用开源软件OpenFOAM模拟了航空煤油的雾化、破碎过程.本模拟研究采用初级破碎和二级破碎模型相结合,同时考虑液体蒸发、曳力、碰撞与合并、热传导,以及壁面等因素对于喷雾过程的影响,研究了航空煤油从高压喷嘴到静止环境的雾化、破碎过程,初步给出了特定工况下,空心锥喷嘴所产生喷雾的稠密区与喷嘴直径之间的定量关系表达式.对于模拟得到的结果,通过索特平均直径和颗粒粒径相对占比的三维空间分布与实验数据的对比和分析,确定了特定工况下最适合空心锥喷嘴的混合破碎模型.
42.JP-10裂解特性激波管实验与模拟研究
- Xiong Zhuang;熊壮;Zhang Can;张灿;Li Gesheng;李格升;Zhang shengtao;张胜涛;Wang Su;王苏
- 《第十七届中国空气动力学物理气体动力学学术交流暨第三届高超声速冲压发动机内外流耦合流动研讨会》 | 2015年
摘要：利用单脉冲激波管对JP-10在1150K-1350K条件下的裂解进行了实验研究,用气相色谱法分析裂解产物.主要裂解产物有乙烯、乙炔、丙烯、丁二烯、环戊烯和苯,以及少量的甲烷、乙烷、环戊二烯、甲苯、二甲苯和甲基环戊烯.在实验研究的基础上,利用动力学软件CHEMKIN PRO在对应激波管条件下对JP-10的裂解进行模拟研究.结果表明:主要产物中乙烯、乙炔和丁二烯的产量随温度变化的实验结果与模拟结果有很好的一致性.
43.C/C-SiC复合材料激光烧蚀数值模拟研究
- Yan Hui;闫辉;Peng Guoliang;彭国良;Du Taijiao;杜太焦;Liu Feng;刘峰
- 《第十七届中国空气动力学物理气体动力学学术交流暨第三届高超声速冲压发动机内外流耦合流动研讨会》 | 2015年
摘要：研究了C/C-SiC复合材料烧蚀机理,建立了表面烧蚀热化学平衡态模型;计算了C/C-SiC复合材料无因次烧蚀速率、氧化-升华烧蚀热与温度的关系等.基于热化学平衡态计算结果,进一步研究了激光辐照下材料表面能量平衡问题,得到了存在对流、辐射、氧化-升华烧蚀时材料表面的能量输入情况.通过一维有限差分法计算了不同功率密度激光辐照下材料表面温度、烧蚀热、烧蚀速率等,计算结果与文献给出的实验结果定性一致.
44.高超声速导弹激波层红外辐射特性的数值研究
- Yao Leilei;姚雷雷;Liu Jun;柳军;Wang Qingwen;王庆文
- 《第十七届中国空气动力学物理气体动力学学术交流暨第三届高超声速冲压发动机内外流耦合流动研讨会》 | 2015年
摘要：高超声速条件下,激波层高温气体产生的辐射会对导弹的红外导引头系统产生一定的影响.本文的主要工作是计算研究高超声速导弹头部激波层内气体产生的红外辐射对弹头内部的红外导引头光学探测镜面产生的干扰.计算气体辐射时,选择2μm-5μm波段,气体组元除了化学反应组元外,还包含了空气中红外辐射特征明显的微量组分H2O、CO2.通过推导求解辐射输运方程,得到导引头光学探测镜面受到的辐射照度,分析考虑CO2、H2O分了对结果产生的影响,给出结论.
45.一种串联式TBCC变几何进气道气动设计及实验验证
- Yuan Huacheng;袁化成;Liu Jun;刘君;Hua Zhengxu;华正旭;Cheng Wenfang;陈文芳;Guo Rongwei;郭荣伟
- 《第十七届中国空气动力学物理气体动力学学术交流暨第三届高超声速冲压发动机内外流耦合流动研讨会》 | 2015年
摘要：为了满足TBCC组合发动机对进气道宽马赫数范围良好工作的要求,对一种串联式TBCC二元进气道开展了气动方案设计,给出了不同来流马赫数下可调进气道的几何变化调节规律.对可调进气道的气动特性开展了三维数值模拟分析,给出了不同来流马赫数下的进气道的气动性能,结果显示:不同来流马赫数下,可调进气道均满足与组合发动机的流量匹配要求,与预期设计目标一致.对该串联式TBCC进气道转级马赫数下的气动性能开展了高速风洞试验验证,并与数值仿真结果进行了对比分析,结果显示:数值仿真结果与风洞试验结果吻合较好,进气道转级马赫数下满足进气道/发动机流量匹配要求,进气道出口总压恢复系数和畸变指数均满足总体要求,与预期一致.
46.CO2和H2O含量对基于筛形喷管的MGDL小信号增益系数的影响
- Zhai Xiaofei;翟小飞
- 《第十七届中国空气动力学物理气体动力学学术交流暨第三届高超声速冲压发动机内外流耦合流动研讨会》 | 2015年
摘要：为了提高基于筛形喷管的"混合型气动CO2激光器(简称MGDL)"光腔中的小信号增益系数,研究了CO2和H2O含量对基于筛形喷管的混合型气动CO2激光器小信号增益系数的影响.计算结果表明:为了获得最大的小信号增益系数峰值,光腔中CO2的摩尔含量存在一个最佳值(本文获得的最佳CO2摩尔含量为41.3％);当光腔中CO2的平均摩尔分数小于这个最佳值时,随着CO2含量的增加,小信号增益系数的峰值越来越大;当光腔中CO2的平均摩尔分数大于这个最佳值时,随着CO2含量的增加,小信号增益系数的峰值越来越小.另一方面,为了获得最大的小信号增益系数峰值,光腔中H2O的摩尔含量也存在一个最佳值(本文获得的最佳H2O摩尔含量为0.1％);当光腔中H2O的平均摩尔分数大于0.1％时,随着H2O含量的增加,小信号增益系数的峰值越来越小.此外,本文详细分析了CO2和H2O含量对小信号增益系数的影响机制.
47.钻石型强制转捩装置的转捩准则研究
- Zhang Ziming;张子明;Zhao Huiyong;赵慧勇
- 《第十七届中国空气动力学物理气体动力学学术交流暨第三届高超声速冲压发动机内外流耦合流动研讨会》 | 2015年
摘要：针对某高超声速前体/进气道外形,利用CARDC的φ600mm脉冲燃烧风洞和φ0.5米高超声速风洞试验结果及CFD流场数据,采用回归分析的方法,研究了进气道压缩面上转捩区域起始位置预测的转捩准则.本文提出了一种评判转捩准则精度的依据,研究了不同风洞对转捩起始位置的影响.提出了一种统一的转捩准则,并利用X-43A风洞试验结果验证了该转捩准则.该准则可以预测自然转捩和强制转捩.