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带喷流超声速后台阶流场精细结构及其运动特性研究

朱杨柱 易仕和 孔小平 何霖

带喷流超声速后台阶流场精细结构及其运动特性研究

朱杨柱, 易仕和, 孔小平, 何霖
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  • 采用基于纳米示踪的平面激光散射技术(NPLS)对带超声速喷流的后台阶流动精细结构进行了研究. 来流马赫数为3.4, 喷流实测马赫数为2.45, 而名义马赫数为2.5. 结果清晰地揭示了激波、剪切层、混合层、Kelvin-Helmholtz涡、羊角涡及湍流大尺度结构等大量典型流场结构. 基于大量流场精细结构图像, 对典型位置处的结构进行了空间两点相关性分析, 在喷流混合层前端涡结构小于湍流充分发展的尾端, 结构角相对也小. 喷流工作时, 模型台阶下游表面由一薄层气膜覆盖. 获得了模型流向和不同高度展向平面内的流场结构, 对照纹影试验结果, 分析了流动特点及时间演化规律. 采用微型压力扫描系统测试了模型表面的压力系数分布, 靠近喷流下游处压力系数区域0.0146. 针对NPLS图像做了流动的分形维数的分析, 发现在流动初始阶段分形维数接近于1, 越靠下游分形维数越高.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 11172326, 11302256)、湖南省研究生科研创新项目(批准号: CX2013B002) 和国防科技大学优秀研究生创新资助项目(批准号: B130103)资助的课题.
    [1]

    Li G C 2006 Aero-Optics (Beijing: National Defense Industry Press) (in Chinese) [李桂春2006气动光学(北京: 国防工业出版社)]

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    Eckert E R G 1953 Heat-Transfer Symposium University of Michigan USA 195

    [3]

    Philippe R 2007 AIAA paper 2007-5747

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    Seban R A, Back L H 1962 J. Heat Trans. 84 45

    [5]

    Hargather M J, Settles G S 2010 AIAA Paper 2010-4206

    [6]

    Meyer T R 2002 Exp. Fluids 32 603

    [7]

    Elliott G S, Glumac N, Carter C D 1999 AIAA Paper 1999 0643

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    Zhu Y Z, Yi S H, He L, Tian L F, Zhou Y W 2013 Chin. Phys. B 22 014702

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    Zhu Y Z, Yi S H, Kong X P, Quan P C, Chen Z, Tian L F 2014 Acta Phys. Sin. 63 134701 (in Chinese) [朱杨柱, 易仕和, 孔小平, 全鹏程, 陈植, 田立丰 2014 物理学报 63 134701]

    [10]

    Zhao Y X, Yi S H, Tian L F, Cheng Z Y 2009 Sci. China E 52 3640

    [11]

    Zhao Y X, Yi S H, He L, Tian L F, Cheng Z Y 2007 Chin. Sci. Bull. 52 1297

    [12]

    Zhao Y X, Yi S H, Tian L F, He L, Cheng Z Y 2008 Sci. China G 51 1134

    [13]

    Yi S H, He L, Zhao Y X, Tian L F, Cheng Z Y 2009 Sci. China G 52 2001

    [14]

    Sreenivasan K R, Meneveau C 1986 J. Fluid Mech. 173 357

    [15]

    Zhao Y X, Yi S H, Tian L F, He L, Cheng Z Y 2009 Sci. China G 51 1134

    [16]

    Bourdon C J, Dutton J C 1999 Phys. Fluids 11 201

  • [1]

    Li G C 2006 Aero-Optics (Beijing: National Defense Industry Press) (in Chinese) [李桂春2006气动光学(北京: 国防工业出版社)]

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    Eckert E R G 1953 Heat-Transfer Symposium University of Michigan USA 195

    [3]

    Philippe R 2007 AIAA paper 2007-5747

    [4]

    Seban R A, Back L H 1962 J. Heat Trans. 84 45

    [5]

    Hargather M J, Settles G S 2010 AIAA Paper 2010-4206

    [6]

    Meyer T R 2002 Exp. Fluids 32 603

    [7]

    Elliott G S, Glumac N, Carter C D 1999 AIAA Paper 1999 0643

    [8]

    Zhu Y Z, Yi S H, He L, Tian L F, Zhou Y W 2013 Chin. Phys. B 22 014702

    [9]

    Zhu Y Z, Yi S H, Kong X P, Quan P C, Chen Z, Tian L F 2014 Acta Phys. Sin. 63 134701 (in Chinese) [朱杨柱, 易仕和, 孔小平, 全鹏程, 陈植, 田立丰 2014 物理学报 63 134701]

    [10]

    Zhao Y X, Yi S H, Tian L F, Cheng Z Y 2009 Sci. China E 52 3640

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    Zhao Y X, Yi S H, He L, Tian L F, Cheng Z Y 2007 Chin. Sci. Bull. 52 1297

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  • [1] 朱杨柱, 易仕和, 孔小平, 全鹏程, 陈植, 田立丰. 基于NPLS的超声速后台阶流场精细结构及其非定常特性. 物理学报, 2014, 63(13): 134701. doi: 10.7498/aps.63.134701
    [2] 朱杨柱, 易仕和, 陈植, 葛勇, 王小虎, 付佳. 带喷流超声速光学头罩流场气动光学畸变试验研究. 物理学报, 2013, 62(8): 084219. doi: 10.7498/aps.62.084219
    [3] 王小虎, 易仕和, 付佳, 陆小革, 何霖. 二维高超声速后台阶表面传热特性实验研究. 物理学报, 2015, 64(5): 054706. doi: 10.7498/aps.64.054706
    [4] 何霖, 易仕和, 陆小革. 超声速湍流边界层密度场特性. 物理学报, 2017, 66(2): 024701. doi: 10.7498/aps.66.024701
    [5] 冈敦殿, 易仕和, 赵云飞. 超声速平板圆台突起物绕流实验和数值模拟研究. 物理学报, 2015, 64(5): 054705. doi: 10.7498/aps.64.054705
    [6] 许昊, 王聪, 陆宏志, 黄文虎. 水下超声速气体射流诱导尾空泡实验研究. 物理学报, 2018, 67(1): 014703. doi: 10.7498/aps.67.20171617
    [7] 路中磊, 魏英杰, 王聪, 曹伟. 开放空腔壳体入水扰动流场结构及空泡失稳特征. 物理学报, 2017, 66(6): 064702. doi: 10.7498/aps.66.064702
    [8] 徐佳迪, 姜志雄, 龚小龙. 黑洞吸积盘系统的喷流加速机制研究. 物理学报, 2017, 66(3): 039701. doi: 10.7498/aps.66.039701
    [9] 裴晓星, 仲佳勇, 张凯, 郑无敌, 梁贵云, 王菲鹿, 李玉同, 赵刚. 实验室天体物理的验证特例:W43A磁喷流. 物理学报, 2014, 63(14): 145201. doi: 10.7498/aps.63.145201
    [10] 张冬冬, 谭建国, 李浩, 侯聚微. 基于三角波瓣混合器的超声速流场精细结构和掺混特性. 物理学报, 2017, 66(10): 104702. doi: 10.7498/aps.66.104702
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-09-07
  • 修回日期:  2014-10-17
  • 刊出日期:  2015-03-20

带喷流超声速后台阶流场精细结构及其运动特性研究

  • 1. 国防科学技术大学航天科学与工程学院, 长沙 410073
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 11172326, 11302256)、湖南省研究生科研创新项目(批准号: CX2013B002) 和国防科技大学优秀研究生创新资助项目(批准号: B130103)资助的课题.

摘要: 采用基于纳米示踪的平面激光散射技术(NPLS)对带超声速喷流的后台阶流动精细结构进行了研究. 来流马赫数为3.4, 喷流实测马赫数为2.45, 而名义马赫数为2.5. 结果清晰地揭示了激波、剪切层、混合层、Kelvin-Helmholtz涡、羊角涡及湍流大尺度结构等大量典型流场结构. 基于大量流场精细结构图像, 对典型位置处的结构进行了空间两点相关性分析, 在喷流混合层前端涡结构小于湍流充分发展的尾端, 结构角相对也小. 喷流工作时, 模型台阶下游表面由一薄层气膜覆盖. 获得了模型流向和不同高度展向平面内的流场结构, 对照纹影试验结果, 分析了流动特点及时间演化规律. 采用微型压力扫描系统测试了模型表面的压力系数分布, 靠近喷流下游处压力系数区域0.0146. 针对NPLS图像做了流动的分形维数的分析, 发现在流动初始阶段分形维数接近于1, 越靠下游分形维数越高.

English Abstract

参考文献 (16)

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