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氢与碳氢燃料超声速气膜冷却和减阻规律及其影响机制
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作者 韦健飞 米振昊 +4 位作者 章思龙 左婧滢 李欣 秦江 鲍文 《实验流体力学》 北大核心 2025年第1期8-20,共13页
在超燃冲压发动机燃烧室中应用燃料气膜冷却可以有效降低发动机壁面严峻的力热载荷,本文对有望应用于超燃冲压发动机的氢和碳氢燃料气膜进行大涡模拟研究。结果表明,氢气膜与碳氢燃料气膜的防热和减阻性能有显著差异,该差异来源于燃料... 在超燃冲压发动机燃烧室中应用燃料气膜冷却可以有效降低发动机壁面严峻的力热载荷,本文对有望应用于超燃冲压发动机的氢和碳氢燃料气膜进行大涡模拟研究。结果表明,氢气膜与碳氢燃料气膜的防热和减阻性能有显著差异,该差异来源于燃料气膜与主流之间混合层中的湍流状态不同。氢气膜与主流之间的湍流输运过程远弱于碳氢燃料气膜,因此氢气膜在惰性情况下具有极其优异的冷却和减阻性能;但当发生边界层燃烧时,由于近壁释热剧烈,氢气膜的冷却性能急剧恶化。相反,当碳氢燃料发生边界层燃烧时,碳氢燃料气膜的冷却和减阻性能可以从惰性时较差的水平提升至与氢气膜相当的水平。 展开更多
关键词 超声速气膜冷却 氢气 碳氢燃料 近壁湍流输运 大涡模拟
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高超声速飞行器内流道燃料超声速气膜防热/减阻协同技术研究进展
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作者 左婧滢 章思龙 +2 位作者 韦健飞 李欣 鲍文 《推进技术》 北大核心 2025年第1期1-19,共19页
燃料超声速气膜防热/减阻协同技术是能够同时实现高超声速飞行器内流道防热和减阻的重要手段。本文首先论述了高超声速飞行器内流道面临的防热减阻需求和挑战,在此基础上进一步介绍了高超声速飞行器内流道热防护技术、高超声速飞行器内... 燃料超声速气膜防热/减阻协同技术是能够同时实现高超声速飞行器内流道防热和减阻的重要手段。本文首先论述了高超声速飞行器内流道面临的防热减阻需求和挑战,在此基础上进一步介绍了高超声速飞行器内流道热防护技术、高超声速飞行器内流道减阻技术、燃料超声速气膜防热/减阻协同技术的提出及基本原理,进而针对高超声速飞行器内流道燃料超声速气膜防热/减阻协同技术梳理了相关研究进展和结论。目前,相关研究已经证实了燃料超声速气膜防热和减阻协同的可行性,并且揭示了燃料超声速气膜防热减阻机理及防热/减阻协同特性,但总体而言,国内外对于燃料超声速气膜防热/减阻协同技术的研究相对较少,仍存在许多方面值得深入的探讨和研究,文章最后就未来的研究提出了几点建议。 展开更多
关键词 燃冲压发动机 氢燃料 碳氢燃料 超声速气膜 防热 减阻 综述
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高超声速主流中平/曲面上超声速气膜冷却特性
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作者 陈泊宏 易仕和 《国防科技大学学报》 北大核心 2025年第1期126-135,共10页
超声速气膜冷却技术被广泛应用于高超声速飞行器主动热防护。针对平面和曲面,采用数值模拟方法研究了冷却气体入口马赫数、吹风比以及喷缝高度对于超声速气膜冷却特性的影响,并对气膜冷却效果进行了试验验证。结果表明,无论被冷却壁面... 超声速气膜冷却技术被广泛应用于高超声速飞行器主动热防护。针对平面和曲面,采用数值模拟方法研究了冷却气体入口马赫数、吹风比以及喷缝高度对于超声速气膜冷却特性的影响,并对气膜冷却效果进行了试验验证。结果表明,无论被冷却壁面是平面或曲面,超声速气膜均具有良好的壁面附着特性,可以对壁面进行有效冷却。相较而言,超声速气膜作用于曲面上的冷却效果优于平面。提高冷却气体入口马赫数及吹风比可以提高冷却效率。随着喷缝高度的增大,气膜冷却效率随之增大,并逐渐达到一个恒定值。即当喷缝高度足够大时,进一步增大喷缝高度的优势不大。 展开更多
关键词 冷却效率 超声速气膜 数值模拟 可压缩流
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雷诺数对超声速气膜气动光学效应影响的实验研究 被引量:7
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作者 丁浩林 易仕和 +3 位作者 付佳 吴宇阳 张锋 赵鑫海 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2017年第2期169-176,共8页
受到风洞实验能力的限制,高速飞行器气动光学效应实验很难与其实际飞行情况完全一致。雷诺数作为重要的相似准则数,在经典流体力学风洞实验中应用广泛,研究其对于气动光学效应的影响,对于建立气动光学相似准则具有重要意义。基于∏定理... 受到风洞实验能力的限制,高速飞行器气动光学效应实验很难与其实际飞行情况完全一致。雷诺数作为重要的相似准则数,在经典流体力学风洞实验中应用广泛,研究其对于气动光学效应的影响,对于建立气动光学相似准则具有重要意义。基于∏定理对可能影响气动光学效应的变量进行分析,证明了雷诺数是影响气动光学效应的一个相似准则数;通过创新性设计变雷诺数实验装置,可以实现喷流单位雷诺数在106~108 m-1范围内变化。通过选取八个典型的雷诺数,并利用BOS-WS(BOSbased Wavefront Sensor)技术测量了对应状态的光程差,通过函数拟合的方法得到了光程差的均方根值与雷诺数之间的幂函数关系式。通过对不同孔径下的测量结果进行对比和归一化处理可以发现,对于二维超声速气膜而言,观察孔径尺寸并不会对获取的规律产生影响。 展开更多
关键词 气动光学 雷诺数 超声速气膜 相似准则 光程差
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超声速涡轮叶栅超声速气膜冷却数值研究 被引量:3
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作者 费微微 单勇 +2 位作者 王敏敏 谭晓茗 张靖周 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第5期916-921,共6页
为了研究超声速涡轮叶栅通道内的超声速气膜冷却,采用数值计算的方法,对主流压比2.33~4、冷气入射角度15°~45°条件下的涡轮叶栅超声速气膜流动和传热进行了研究.计算结果表明:超声速气膜射流与主流作用后产生的斜激波与尾缘... 为了研究超声速涡轮叶栅通道内的超声速气膜冷却,采用数值计算的方法,对主流压比2.33~4、冷气入射角度15°~45°条件下的涡轮叶栅超声速气膜流动和传热进行了研究.计算结果表明:超声速气膜射流与主流作用后产生的斜激波与尾缘激波交汇,形成两道反射激波,其中一道反射激波作用在气膜孔下游的叶片表面又形成了反射;在不同的主流压力下,超声速气膜射流在叶片法向和展向上展现出不同的发展特征,对转涡对(CVP)在展向上相互挤压,扼制了高温主流卷入叶片壁面;主流压比增加到4,气膜射流区在法向拉长,在展向相对较弱,导致主流在对转涡对(CVP)的作用下被卷入气膜射流的底层,壁面冷却效率降低;气膜入射角从15°增大到45°,冷却效率整体上呈先上升后下降趋势,在入射角30°时冷却效率相对最大,这与射流的穿透能力、冷却气流再覆壁面特征有关. 展开更多
关键词 声速涡轮叶栅 超声速气膜冷却 数值模拟 流动特征 冷却特性
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激波对超声速气膜冷却流动换热特性影响研究 被引量:3
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作者 许浩楠 李雪英 任静 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期115-125,共11页
为研究激波对超声速气膜冷却流动换热的影响机理,利用数值模拟方法在三种冷气射流马赫数(Ma=1.2,1.5,1.8)下改变激波入射角度(θ=2°,4°,8°),对绝热冷效与壁面换热系数的变化开展研究。结果表明,激波对绝热冷效与壁面换... 为研究激波对超声速气膜冷却流动换热的影响机理,利用数值模拟方法在三种冷气射流马赫数(Ma=1.2,1.5,1.8)下改变激波入射角度(θ=2°,4°,8°),对绝热冷效与壁面换热系数的变化开展研究。结果表明,激波对绝热冷效与壁面换热系数的影响可以根据当地流动情况与主射流掺混程度划分为四个影响区域;入射激波增强使逆压增大,引起分离涡范围增加并使边界层再附影响区内的主射流掺混强度增强,导致冷却效果的恶化;高冷气射流马赫数通过推移边界层分离位置与减弱分离涡后主射流掺混强度来对冷却效果受激波影响的恶化起到补偿作用。综合来看,激波入射引起超声速气膜冷却综合冷效下降,而在低射流马赫数时提高射流马赫数可使综合冷效最大提高80.6%。 展开更多
关键词 主动热防护 超声速气膜冷却 入射激波 绝热冷效 换热系数
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基于SST k-ω的超声速气膜冷却湍流模型温度修正 被引量:2
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作者 李子亮 于洋 刘登丰 《载人航天》 CSCD 北大核心 2020年第1期14-18,共5页
针对现有湍流模型无法准确预测非等温超声速气膜冷却行为的问题,在现有SST k-ω可压缩修正模型基础上,以总温梯度为变量,完成了湍流模型的温度修正,并首先通过非等温可压缩自由剪切流动实验数据初步验证了其修正效果,在此基础上对温度... 针对现有湍流模型无法准确预测非等温超声速气膜冷却行为的问题,在现有SST k-ω可压缩修正模型基础上,以总温梯度为变量,完成了湍流模型的温度修正,并首先通过非等温可压缩自由剪切流动实验数据初步验证了其修正效果,在此基础上对温度修正模型预测超声速气膜冷却传热的准确性进行了验证。结果表明,基于剪切层总温变化的湍流模型修正效果显著,可准确预测大温度梯度下的自由剪切流动轴向速度分布;修正模型计算得到超声速气膜冷却壁面热流分布与对应的实验结果吻合;当用于剪切层温度大梯度变化的超声速气膜冷却数值模拟时,温度修正后的SST k-ω模型与可压缩修正的k-ω模型、SST k-ω模型相比,具有显著优越性。 展开更多
关键词 超声速气膜冷却 SST k-ω湍流模型 温度修正 数值模拟
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基于小波包方法的超声速气膜气动光学效应相干结构 被引量:2
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作者 丁浩林 易仕和 +2 位作者 赵鑫海 朱杨柱 高穹 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第6期1299-1305,共7页
当高速成像制导导弹在大气中飞行时,其光学窗口承受着严重的气动加热。超声速气膜冷却方法可以有效地隔离外部加热,但是超声速气膜流动会引起光束退化,降低图像质量。为了研究超声速气膜气动光学效应,本文构建了主流马赫数为3.4,设计喷... 当高速成像制导导弹在大气中飞行时,其光学窗口承受着严重的气动加热。超声速气膜冷却方法可以有效地隔离外部加热,但是超声速气膜流动会引起光束退化,降低图像质量。为了研究超声速气膜气动光学效应,本文构建了主流马赫数为3.4,设计喷流马赫数为2.5,实际测得喷流马赫数为2.45的超声速气膜实验装置。利用基于纳米粒子的平面激光散射技术获得了高时空分辨率流场图像,并对气膜冷却流动的密度场进行重构,利用光线追迹法获取了对应密度场的光程差。通过将光程差分布和K-H涡对比后发现,光程差的波谷位置对应于涡卷的中心,而光程差的波峰对应于涡卷中心之间的连接部分。但是,随着涡结构的发展破碎,对应关系不再成立。根据超声速气膜NPLS流场图像结果,利用分形原理获取的分形维数结果,将其沿流向划分为三个区域,其对应平坦度分别为3.4,2.9,3.6,验证了区域2更适合进行相干结构提取。 展开更多
关键词 气动光学 超声速气膜 相干结构 小波包
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氢氧推力室喷管超声速气膜冷却参数研究
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作者 张志浩 许晓勇 +2 位作者 田原 丁兆波 陈旭扬 《导弹与航天运载技术》 CSCD 北大核心 2017年第4期48-52,共5页
某型氢氧推力室喷管延伸段采用超声速气膜冷却,在面积比35处引入涡轮排气作为冷却气体。通过采用数值模拟的方法,研究了唇高、吹风比、冷却剂流量和静压比等参数对气膜冷却效果和比冲的影响。结果表明:随着唇高的增大,推力室的比冲和推... 某型氢氧推力室喷管延伸段采用超声速气膜冷却,在面积比35处引入涡轮排气作为冷却气体。通过采用数值模拟的方法,研究了唇高、吹风比、冷却剂流量和静压比等参数对气膜冷却效果和比冲的影响。结果表明:随着唇高的增大,推力室的比冲和推力略微降低,而冷却效率和壁温几乎不变;在主射流压力匹配且射流量一定的条件下,吹风比增大可以轻微地提高气膜冷却效果和发动机比冲;在压力匹配且吹风比一定的条件下,射流量增加可以提高气膜冷却效果;在射流量一定的条件下,主射流压力匹配时,气膜冷却效果最佳,发动机比冲最高。 展开更多
关键词 氢氧推力室喷管 超声速气膜冷却 数值模拟 压力匹配
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