横流中射流水动力与声学性能数值模拟研究

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作者 张博艺 靳国永 +2 位作者 叶天贵 宋晓济 靳淼 《船舶力学》 北大核心 2025年第4期669-679,共11页

水下航行器舷外排放形成了横流与射流相互作用的流体结构,横流中射流产生的流体动力学特性是流体领域的重要课题。本文基于雷诺平均与大涡模拟方法,建立横流中射流的数值计算模型,将时均速度与脉动压力结果与文献试验结果进行对比,验证... 水下航行器舷外排放形成了横流与射流相互作用的流体结构,横流中射流产生的流体动力学特性是流体领域的重要课题。本文基于雷诺平均与大涡模拟方法,建立横流中射流的数值计算模型,将时均速度与脉动压力结果与文献试验结果进行对比,验证计算方法的准确性。基于数值计算结果探究孔口上下游近壁面速度及涡量特性,分析孔口附近的声场特性。结果表明:孔口射流对上游边界层的影响体现在前6倍孔径范围内,孔口下游2~14倍孔径范围内发生流动分离;在横流与射流干涉作用下,孔口下游形成了反对称涡对的特征涡结构;反旋对称涡对形成于孔口下边缘附近,并在下游持续存在,其涡核沿流向距离增加逐渐远离壁面,影响区域逐渐扩大;横流与射流相互作用产生的主要声源位于壁面附近,孔口附近声源水平较高且存在脱离壁面的特征,孔口下游声压水平明显高于孔口上游相同位置,声场辐射与流向相关,存在明显的指向性特征。 展开更多

关键词 射流注入横流 边界层特性 特征涡结构 反旋对称涡对 涡声方程

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斜激波与内凹半圆柱面无粘相互作用

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作者 闫波 洪雨婷 +1 位作者 李一鸣 李祝飞 《推进技术》 EI CSCD 北大核心 2024年第1期99-113,共15页

针对三维内转式进气道流动中激波入射内凹壁面主导的复杂波系干扰问题,采用斜激波入射内凹半圆柱面的简化构型,在来流马赫数为6的条件下,通过无粘数值模拟结合理论分析,研究了激波角β_(i)=14°~29°的斜激波在内凹半圆柱面反... 针对三维内转式进气道流动中激波入射内凹壁面主导的复杂波系干扰问题,采用斜激波入射内凹半圆柱面的简化构型,在来流马赫数为6的条件下,通过无粘数值模拟结合理论分析,研究了激波角β_(i)=14°~29°的斜激波在内凹半圆柱面反射形成的三维流场。结果表明,流场对称面均会出现显著高于二维情况的逆压梯度。当β_(i)≤25°时,从侧壁到对称面,斜激波经历了从马赫反射(MR)到规则反射(RR)的转变,形成了MR-RR型流场,转变点处产生的桥激波向对称面延伸,桥激波在对称面反射后产生的压力峰值高于二维斜激波反射;当β_(i)≥25°时,斜激波在侧壁和对称面均发生马赫反射,形成了MR-MR型流场,两种马赫反射分界点处产生的桥激波向侧壁发展,侧壁气流在对称面相撞后产生的压力峰值高于正激波后的压力;当β_(i)=25°时,流场存在MR-RR型和MR-MR型双解现象。通过降维分析理论,揭示了两类流场中转变点和分界点的形成机制,并厘清了桥激波的产生原因和初期演化特征。当β_(i)≥18°时,无粘激波干扰所主导的侧壁气流加剧向对称面汇聚,并在对称面附近产生流向涡对。无粘分析获得的认识,有助于揭示内转式进气道中流动汇聚和流向涡对等现象的形成机理。 展开更多

关键词 内转式进气道 斜激波 内凹半圆柱面 三维激波干扰 马赫反射 规则反射 流向涡对

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圆角凹坑气膜孔的气膜冷却流动特性研究

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作者 张德恒 贺业光 +2 位作者 杨天华 张涛 杜涛 《热力发电》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期101-108,共8页

为了挖掘凹坑气膜孔的气膜冷却潜力,数值模拟研究了等截面凹坑孔、同心椭圆凹坑孔以及在这2种孔型基础上提出的2种圆角凹坑气膜孔的气膜冷却特性,对4种凹坑气膜孔在吹风比为0.5、1.0和1.5时的冷却效率曲线进行分析。结果表明:凹坑气膜... 为了挖掘凹坑气膜孔的气膜冷却潜力,数值模拟研究了等截面凹坑孔、同心椭圆凹坑孔以及在这2种孔型基础上提出的2种圆角凹坑气膜孔的气膜冷却特性,对4种凹坑气膜孔在吹风比为0.5、1.0和1.5时的冷却效率曲线进行分析。结果表明:凹坑气膜孔与带圆角凹坑气膜孔的凹坑展向宽度增加,有利于冷却气膜的展向覆盖;在3个吹风比条件下,凹坑气膜孔进行圆角处理之后,附壁效应强化了冷却射流贴附壁面的能力,近孔区域的气膜冷却效率明显提高;随着吹风比增加,对于等截面凹坑孔,圆角处理之后的面平均气膜冷却效率分别提高了76%、139%、155%;圆角同心椭圆凹坑孔相比同心椭圆凹坑孔,面平均气膜冷却效率分别提升18%、27%、29%。 展开更多

关键词 气膜冷却 涡轮叶片 圆角凹坑 数值模拟 肾形涡对

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大小孔交替排列对气膜冷却效率的影响 被引量：6

4

作者 刘晓红 罗翔 陶智 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第11期1271-1274,1280,共5页

采用数值模拟方法研究了大小气膜孔交替排列(均匀排列的圆柱形单孔两侧分别开设一个平行的小孔)情况下的流动和换热,并与常规的圆柱形单孔结构进行对比,分析大小气膜孔交替排列提高冷效的机理,研究大小孔的孔径比对气膜冷却效果的影响规... 采用数值模拟方法研究了大小气膜孔交替排列(均匀排列的圆柱形单孔两侧分别开设一个平行的小孔)情况下的流动和换热,并与常规的圆柱形单孔结构进行对比,分析大小气膜孔交替排列提高冷效的机理,研究大小孔的孔径比对气膜冷却效果的影响规律.结果发现:在圆柱形单孔两侧分别设置一个平行的辅助小孔,大小孔冷气射流的肾形涡相互干涉,导致主气膜孔下游的肾形涡的尺度和强度与圆柱形单孔相比均有明显降低,气膜冷却效果明显改善.相同冷气量下,小孔孔径越大,分配的冷气流量越大,对主孔冷气射流的干涉作用越强,气膜冷却效果改善越明显;当小孔孔径d2=4mm时,气膜冷却结构类似常规的离散圆柱形气膜孔,气膜冷却效果开始下降. 展开更多

关键词 气膜冷却 绝热冷效 射流 肾形涡

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横流中喷雾掺混流场结构研究 被引量：3

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作者 孙慧娟 刘利 +1 位作者 张海滨 白博峰 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第2期221-226,共6页

为了获得有限空间内喷雾在横流影响下的掺混发展及机理,应用PIV系统测量了单个旋流雾化喷嘴产生的喷雾在横流中的掺混流场,实验在矩形通道内实施。获得了3种喷嘴入射角度和3种液气动量比下的掺混截面流场结构。结果表明,由于射流撞击、... 为了获得有限空间内喷雾在横流影响下的掺混发展及机理,应用PIV系统测量了单个旋流雾化喷嘴产生的喷雾在横流中的掺混流场,实验在矩形通道内实施。获得了3种喷嘴入射角度和3种液气动量比下的掺混截面流场结构。结果表明,由于射流撞击、剪切和壁面约束作用,流场中形成前缘涡和反旋涡对,反旋涡对对掺混起了主要作用。比较不同喷嘴入射角度和液气动量比下的流场结构发现,随喷雾入射角度减小,两相作用提前发生,且反旋涡对尺度小,更利于掺混均匀;随液气动量比减小,气相作用增强,旋涡强度和尺度变小,更小的涡尺度更利于液滴均匀分布。 展开更多

关键词 横流 喷雾 掺混流场 反旋涡对

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入射角对气膜冷却效果影响的数值研究 被引量：4

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作者 张玲 胡博 董海瑞 《动力工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第12期916-921,932,共7页

采用Realizablekε-湍流模型对吹风比M=1.0时平板单圆孔不同入射角度的气膜冷却流场进行了三维定常数值模拟,得出了沿程速度、气膜冷却效率及壁面努塞尔数的分布,并对流场的流动和传热特性进行了详细分析.结果表明:随着入射角度的减小,... 采用Realizablekε-湍流模型对吹风比M=1.0时平板单圆孔不同入射角度的气膜冷却流场进行了三维定常数值模拟,得出了沿程速度、气膜冷却效率及壁面努塞尔数的分布,并对流场的流动和传热特性进行了详细分析.结果表明:随着入射角度的减小,射流在沿程方向的影响区域有所增加,最大速度点的位置逐渐下移,但并不是按入射角度减小成线性递减;在各种射流角度下,最大冷却效率均出现在气膜孔下游附近的区域,并沿程逐渐降低;当5<x/d<20时,冷却效率在入射角度α=10°时最大,α=70°时最小;射流下游壁面的Nu在分离点附近出现峰值,吹风比相同时,α=10°时Nu最大,α=70°时最小;在流动区域内存在反向涡旋对,小角度射流时气膜良好的贴壁性抑制了反向涡旋对的抬升和发展,其换热效果在展向的影响范围相对较小. 展开更多

关键词 气膜冷却 入射角度 冷却效率 反向涡旋对 吹风比

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超声速横向射流三维流场结构特征 被引量：3

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作者 张焕好 肖焱丰 +4 位作者 郑纯 陈志华 薛大文 朱世权 宋伟红 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期25-34,共10页

为了研究超声速燃烧室内燃料与空气快速掺混过程的流场特性,基于可压缩Navier-Stokes方程,采用大涡模拟方法和高精度WENO-TCD混合格式对来流马赫数为2.68,喷压比为36的超声速横向射流流场结构进行数值研究。数值结果清晰描述了超声速主... 为了研究超声速燃烧室内燃料与空气快速掺混过程的流场特性,基于可压缩Navier-Stokes方程,采用大涡模拟方法和高精度WENO-TCD混合格式对来流马赫数为2.68,喷压比为36的超声速横向射流流场结构进行数值研究。数值结果清晰描述了超声速主流与横向射流相互作用过程的流场结构特征,得到了三维激波形态的演变规律以及它们在强化混合过程中的作用。另外,因桶形激波背风面低压区处的斜压效应,射流气体在桶形激波背风面形成一对螺旋向上的反向涡对,反向涡对的卷吸作用诱导进入壁面边界层的主流向上运动,形成冲击射流。冲击射流以v=557m/s的法向速度向上冲击桶形激波背风面,因而在桶形激波背风面留下类三角锥面凹痕。 展开更多

关键词 超声速横流 横向声速射流 激波 反向旋转涡对 大涡模拟

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不同孔型气膜冷却流场的大涡模拟

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作者 张玲 李少华 郭婷婷 《华北电力大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2010年第2期79-84,共6页

采用大涡模型(LES)模拟了圆形气膜孔和锥形角γ=30°扇形孔在吹风比M=1.0时不同截面上的涡量等值线以及分布特征随时间的变化过程。结果表明:对称面的正反旋涡和垂直截面的马蹄形涡的两翼交替周期性地脱落成新的涡,同一截面扇形气... 采用大涡模型(LES)模拟了圆形气膜孔和锥形角γ=30°扇形孔在吹风比M=1.0时不同截面上的涡量等值线以及分布特征随时间的变化过程。结果表明:对称面的正反旋涡和垂直截面的马蹄形涡的两翼交替周期性地脱落成新的涡,同一截面扇形气膜孔旋涡生成和脱落的时间比圆形气膜孔的短,冷气射流与主气流掺混剧烈,带走的能量较多,所以壁面的冷却效率高;反向旋涡对气膜冷却流场有重要影响,在同一截面圆形孔的反向涡旋对(CVP)要比扇形孔的大,且涡心位置要比扇形孔的高,因此圆孔对壁面的冷却效果要比扇形孔的差。 展开更多

关键词 气膜冷却 大涡模拟 流场 反向涡旋对

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高雷诺数湍流横侧射流的大涡模拟 被引量：3

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作者 赵马杰 曹长敏 +1 位作者 张宏达 叶桃红 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第5期834-843,共10页

采用大涡模拟(LES)方法研究横向主流与壁面射流均为高雷诺数的壁面横侧射流(JICF),采用动态Smagorinsky涡粘模型对亚格子尺度进行封闭。数值模拟结果中,近场和远场的平均速度、均方根值均与实验结果符合很好。瞬时压力等值面在射流迎风... 采用大涡模拟(LES)方法研究横向主流与壁面射流均为高雷诺数的壁面横侧射流(JICF),采用动态Smagorinsky涡粘模型对亚格子尺度进行封闭。数值模拟结果中,近场和远场的平均速度、均方根值均与实验结果符合很好。瞬时压力等值面在射流迎风侧与射流迹线成正交关系,表明JICF近场迎风涡是由于射流出口上游剪切层Kelvin Helmholtz不稳定性引起的。基于长度尺度RD,Broadwell和Breidenthal提出了射流迹线公式,通过拟合数值模拟结果得到公式中常数A=1.35,B=0.3。采用平均流线、平均场涡量与Q准则分析三维涡旋结构。横向主流遇到射流后发生夹带现象,在射流出口下游受涡旋结构的影响发生卷起;平均涡量等值面表明,反向旋转涡对(CVP)的涡旋方向与射流出口下游马蹄涡两个分支的涡旋方向相反;由于横向主流和射流雷诺数较高,Q准则表征的涡旋结构在射流出口下游一倍射流直径位置开始发生破碎。 展开更多

关键词 湍流 横侧射流 大涡模拟 反向旋转涡对 马蹄涡

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数值模拟研究燃烧室冷态流场结构 被引量：2

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作者 张宏达 万斌 +4 位作者 张成凯 林宏军 尚守堂 韩省思 叶桃红 《中国科学技术大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第11期940-946,共7页

运用超大涡模拟(VLES)方法对燃烧室冷态流场开展了数值模拟,研究流场中大尺度涡旋结构.选取圆管内有旋流动为基准算例开展数值模拟研究,与实验结果的比较验证了VLES方法的精度.计算结果表明,燃烧室内回流区形状合理.燃烧室中大孔射流与... 运用超大涡模拟(VLES)方法对燃烧室冷态流场开展了数值模拟,研究流场中大尺度涡旋结构.选取圆管内有旋流动为基准算例开展数值模拟研究,与实验结果的比较验证了VLES方法的精度.计算结果表明,燃烧室内回流区形状合理.燃烧室中大孔射流与横向来流的相互作用形成了反向旋转涡对结构,Rothstein提出的射流迹线公式能够合理预测主燃孔的射流穿透.进动涡核(PVC)发源于燃烧室头部旋流器装置内部,基于功率谱密度预测了PVC引发流场振荡的特征频率. 展开更多

关键词 燃烧室 超大涡模拟 旋流 反向旋转涡对 进动涡核

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斜激波入射内凹半圆柱面湍流边界层数值模拟 被引量：1

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作者 洪雨婷 闫波 +1 位作者 黄琪 李祝飞 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期80-90,共11页

针对三维内转式进气道中的激波/边界层干扰问题,提出了斜激波入射内凹半圆柱面的简化模型,在来流马赫数为6的条件下,采用数值模拟研究了气流偏转角θ=6°~14°的斜激波与内凹半圆柱面边界层的相互作用。结果表明,从上游至下游,... 针对三维内转式进气道中的激波/边界层干扰问题,提出了斜激波入射内凹半圆柱面的简化模型,在来流马赫数为6的条件下,采用数值模拟研究了气流偏转角θ=6°~14°的斜激波与内凹半圆柱面边界层的相互作用。结果表明,从上游至下游,斜激波与内凹半圆柱面干扰产生了以扫掠、入射及反射为主要特征的流动结构。斜激波扫掠内凹半圆柱面边界层诱发流动分离,分离激波与入射激波的干扰类型均从马赫反射转变为规则反射,不满足经典扫掠流场的准锥形特征。扫掠过程中产生的不断增厚的低能流向对称面汇聚,并进入由斜激波入射产生的分离区内,使得分离区长度增加。随着θ的增大,分离区的流谱呈现不同的形态,当θ≥10°时,低能流在对称面撞击后形成流向涡对,当θ=14°时,流谱中的旋风涡消失。当入射激波反射后,低能流集中在对称面处,其高度沿流向持续增加。随着θ的增大,内凹半圆柱面出口截面的总压恢复系数减小,而低能流区的总压恢复系数略有增大。 展开更多

关键词 斜激波 内凹柱面 激波/边界层干扰 流动分离 流向涡对 低能流

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