水凝胶延迟水下回转体边界层自然转捩机理研究

1

作者 刘建华 张彬 +4 位作者 徐良浩 张占阳 潘翀 张永明 朱文博 《实验流体力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期1-13,共13页

水下航行体首部声纳探测能力与边界层转捩密切相关。本文开展了水凝胶超材料在延迟水下航行体边界层自然转捩方面的应用基础研究,并探究了其内在机理。在高速水洞中分别开展了刚性和水凝胶表面的SUBOFF模型总阻力系数与二维瞬时速度场... 水下航行体首部声纳探测能力与边界层转捩密切相关。本文开展了水凝胶超材料在延迟水下航行体边界层自然转捩方面的应用基础研究,并探究了其内在机理。在高速水洞中分别开展了刚性和水凝胶表面的SUBOFF模型总阻力系数与二维瞬时速度场大视场PIV实验测试,采用多路径积分算法对SUBOFF模型周围脉动压力场进行估算;结合刚性SUBOFF模型边界层流动线性稳定性分析与PIV流场测试结果,获得刚性SUBOFF模型边界层自然转捩特性;采用“比光强”算法,对低速水洞中水凝胶表面SUBOFF模型局部形变与近壁区速度场进行频谱分析,揭示水凝胶表面流−固耦合作用机制;基于法向瞬时速度分量的连续子波变换,对边界层瞬时流场间歇性进行分析,揭示水凝胶在流−固耦合作用下延迟SUBOFF模型边界层自然转捩的机理。 展开更多

关键词 水下航行体 自然转捩 流动稳定性 转捩延迟 水凝胶超材料

在线阅读 下载PDF 职称材料

水下航行体边界层转捩流动结构实验研究

2

作者 刘瑶瑶 潘翀 +1 位作者 郭辉 刘建华 《实验流体力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期14-22,共9页

采用激光诱导荧光(Laser Induced Fluorescence,LIF)和粒子图像测速(Particle Image Velocimetry,PIV)技术,对自由湍流条件下SUBOFF模型转捩边界层中的流动结构进行精细测量。实验在北京航空航天大学大型低速回流水洞中进行,SUBOFF模型... 采用激光诱导荧光(Laser Induced Fluorescence,LIF)和粒子图像测速(Particle Image Velocimetry,PIV)技术,对自由湍流条件下SUBOFF模型转捩边界层中的流动结构进行精细测量。实验在北京航空航天大学大型低速回流水洞中进行,SUBOFF模型长度为1.436 m,基于模型长度和来流速度的实验雷诺数为3.35×10^(5)。采用流动显示灰度场和有限时间李雅普诺夫指数(Finite-Time Lyapunov Exponents,FTLEs)对转捩边界层中的涡结构进行识别,并对转捩过程中发卡涡、二次涡等典型拟序结构的生成演化过程进行分析。采用两点相关方法提取转捩区拟序结构,同时采用椭圆拟合方法计算相干结构倾角,计算结果表明,结构倾角沿法向先增大后减小,在边界层附近达到最大值。为深入研究转捩流动结构特性,发展了基于流动显示的湍流/非湍流界面(T/NT)识别方法,并对界面几何特性进行了研究。研究结果表明,在转捩过程中,界面的法向高度和分形维数沿程增长。 展开更多

关键词 边界层转捩 流动显示 有限时间李雅普诺夫指数 湍流/非湍流界面

在线阅读 下载PDF 职称材料

发动机燃烧室中火焰对来流扰动的动态响应研究综述 被引量：1

3

作者 杨立军 刘晓康 +2 位作者 田雨 姜霄震 李敬轩 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期580-595,共16页

以航空航天发动机和工业燃气轮机燃烧室中的热声振荡为背景,介绍了热声不稳定性的基本概念和物理特性。首先,讨论了燃烧室中火焰对来流扰动的动态响应,分析了受扰动影响时火焰热释放率的脉动过程,回顾了火焰传递函数和火焰描述函数的实... 以航空航天发动机和工业燃气轮机燃烧室中的热声振荡为背景,介绍了热声不稳定性的基本概念和物理特性。首先,讨论了燃烧室中火焰对来流扰动的动态响应,分析了受扰动影响时火焰热释放率的脉动过程,回顾了火焰传递函数和火焰描述函数的实验、仿真和理论研究方法及结果。之后,讨论并分析了横纵向扰动、纵向双频率扰动以及考虑火焰曲率效应下的火焰响应特性。最后,介绍了近年来学界发现的一种与火焰响应密切相关的热声不稳定现象——固有热声不稳定,探究了火焰响应对固有热声不稳定模态的影响作用,分析了火焰响应在燃烧室热声振荡系统中的作用。 展开更多

关键词 火焰锋面动力学 火焰传递函数 火焰描述函数 固有热声不稳定

在线阅读 下载PDF 职称材料

液液同轴离心式喷嘴动态特性理论研究 被引量：3

4

作者 张丁为 富庆飞 杨立军 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期217-225,共9页

为了研究液液同轴离心喷嘴的动态特性,通过理论方法建立了同轴喷嘴中内喷嘴、外喷嘴的传递函数。其中内喷嘴传递函数参考了Bazarov的喷嘴动力学理论。基于非定常伯努利方程,结合压降振荡条件下喷嘴内液体不同速度分量变化量之间关系的分... 为了研究液液同轴离心喷嘴的动态特性,通过理论方法建立了同轴喷嘴中内喷嘴、外喷嘴的传递函数。其中内喷嘴传递函数参考了Bazarov的喷嘴动力学理论。基于非定常伯努利方程,结合压降振荡条件下喷嘴内液体不同速度分量变化量之间关系的分析,推导了外喷嘴的传递函数。通过将内外喷嘴独立的传递函数相结合,获得了同轴喷嘴总流量振荡以及氧燃比振荡的幅频特性。对一具体同轴喷嘴进行了计算,结果表明,内喷嘴在计算频率范围内会出现敏感频率点。在压降振荡同相位情况下,高频时内外喷嘴之间流量振荡相位差较大。通过仅改变内喷嘴或外喷嘴切向孔的数目,对氧燃比1.65,富燃及富氧三种同轴喷嘴整体动态特性进行了分析。三种同轴喷嘴的计算结果中均发现了新的敏感频率点。 展开更多

关键词 液液同轴离心式喷嘴 喷嘴动力学 传递函数 非定常伯努利方程 理论分析

在线阅读 下载PDF 职称材料

椭圆型喷嘴对凝胶推进剂雾化性能影响的理论研究 被引量：1

5

作者 崔孝 刘旺 +1 位作者 杨立军 富庆飞 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期232-240,共9页

为了研究椭圆型喷嘴对凝胶推进剂雾化性能的影响规律,针对其初次雾化中的射流稳定性问题,利用线性稳定性理论,采用正则模方法,得到了凝胶推椭圆射流的色散关系,即空间增长率和扰动波数的理论关系,基于此,讨论了各个物理因素对于射流稳... 为了研究椭圆型喷嘴对凝胶推进剂雾化性能的影响规律,针对其初次雾化中的射流稳定性问题,利用线性稳定性理论,采用正则模方法,得到了凝胶推椭圆射流的色散关系,即空间增长率和扰动波数的理论关系,基于此,讨论了各个物理因素对于射流稳定性的影响规律,包括椭圆截面的离心率、表面张力系数、粘度、非牛顿流变特性中的弹性、时间常数比。同时,着重分析了弹性对于椭圆射流特有的轴转换现象的影响规律,结合稳定性分析,得到了各物理因素对于凝胶初次雾化的作用规律。本文发现随着表面离心率、表面张力的增加以及粘性的减弱,椭圆射流的增长率增加,有利于提高凝胶初次雾化效果;凝胶推进剂的非牛顿流变特性对其初次雾化过程影响显著,尤其是弹性的作用,随着弹性的增加或者时间常数比的减小,椭圆射流的稳定性减弱,导致射流更容易破裂,进而达到良好的雾化效果。并且,弹性会抑制射流轴转换。 展开更多

关键词 椭圆射流 喷嘴动力学 凝胶推进剂 线性稳定性理论 轴转换现象

在线阅读 下载PDF 职称材料

多模态热声不稳定混沌现象实验研究 被引量：2

6

作者 张信 李敬轩 杨立军 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期162-170,共9页

热声不稳定是一种常发生在航空航天发动机中,会对发动机造成危害的现象,该现象实质上是声波与非定常热释放的相互耦合。本文设计了一个多孔预混火焰Y型里开管(Rijke管)装置,用以研究多频率非线性热声不稳定性。这种简化燃烧室结构能够... 热声不稳定是一种常发生在航空航天发动机中,会对发动机造成危害的现象,该现象实质上是声波与非定常热释放的相互耦合。本文设计了一个多孔预混火焰Y型里开管(Rijke管)装置,用以研究多频率非线性热声不稳定性。这种简化燃烧室结构能够很好捕捉真实发动机中由于复杂几何结构引起的多模态热声不稳定性。通过改变火焰的当量比和其在Y型里开管上游的位置,来遍历燃烧室中不同热声振荡行为,并结合短时傅里叶变换(STFT)、相空间重构等方法分析了不同非线性热声振荡行为,发现在改变工况时,会出现高频极限环状态、高频向低频的模态转换状态、低频极限环状态、准周期状态以及混沌状态等现象,而在当量比为0.94的工况下会出现两个不稳定频率模态争夺的实验现象,在实验结果基础上,深入分析了这些非线性现象的成因。 展开更多

关键词 多模态热声不稳定 里开管 预混火焰 模态争夺 非线性动力系统

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于机器学习预测流场特征的网格生成技术研究进展 被引量：3

7

作者 韩天依星 皮思源 +5 位作者 胡姝瑶 许晨豪 万凯迪 高振勋 蒋崇文 李椿萱 《航空科学技术》 2022年第7期29-45,共17页

网格技术是影响数值模拟精度的一项重要技术。本文针对基于机器学习预测流场特征的网格生成框架,对流场特征指示器、机器学习预测流场、网格自动生成及自适应三项支撑技术进行了简要综述。现有的流场特征指示器与机器学习方法相结合有... 网格技术是影响数值模拟精度的一项重要技术。本文针对基于机器学习预测流场特征的网格生成框架,对流场特征指示器、机器学习预测流场、网格自动生成及自适应三项支撑技术进行了简要综述。现有的流场特征指示器与机器学习方法相结合有望成为提供网格生成先验参考的有效手段。在机器学习方面,适用于流体力学的物理嵌入方法是降低机器学习样本要求的可行方法。兼顾拓扑与密度分布的三维结构网格自动生成方法有待进一步研究。 展开更多

关键词 激波检测 误差估计 机器学习 数据降维 神经网络 流场预测 网格生成 网格自适应

在线阅读 下载PDF 职称材料

随机纤维网络材料力学性能研究进展

8

作者 李志男 杨振宇 卢子兴 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2023年第15期71-95,共25页

随机纤维网络材料广泛存在于生物材料和人造复合材料中,具有密度低、孔隙率高、比表面积大、变形能力强、比性能优异和结构可调控等优势,在过滤吸收、隔热减振、化学催化、组织工程、柔性电子和航空航天等领域中发挥了重要作用。与传统... 随机纤维网络材料广泛存在于生物材料和人造复合材料中,具有密度低、孔隙率高、比表面积大、变形能力强、比性能优异和结构可调控等优势,在过滤吸收、隔热减振、化学催化、组织工程、柔性电子和航空航天等领域中发挥了重要作用。与传统的均匀连续介质相比,随机纤维网络材料具有十分复杂的内部微观结构,因而对其力学性能的研究始终围绕着探索微观结构特征与宏观力学响应之间的关系展开。针对随机纤维网络材料力学性能综述,主要包括微观结构表征和力学性能研究评述两个方面,总结了试验测试、本构关系和数值模拟等方面的研究成果及其所面临的关键问题,对随机纤维网络材料力学性能的研究发展趋势进行了展望。 展开更多

关键词 随机纤维网络材料 力学性能 微观结构 本构关系 数值模型

在线阅读 下载PDF 职称材料

小肋减阻的飞行试验方法、结果和分析 被引量：1

9

作者 李楠 吴光辉 +1 位作者 潘翀 张奕 《力学与实践》 北大核心 2023年第1期10-21,共12页

气动设计水平既是评价飞机先进性的重要指标之一,也是提高大型客机竞争力的关键,其主要目标包括增升与减阻两个方面。为满足工程应用实际需求,本文开发了一种可用于评估减摩阻效果的无接触式测量技术,用以测量高雷诺数下飞行试验中小肋... 气动设计水平既是评价飞机先进性的重要指标之一,也是提高大型客机竞争力的关键,其主要目标包括增升与减阻两个方面。为满足工程应用实际需求,本文开发了一种可用于评估减摩阻效果的无接触式测量技术,用以测量高雷诺数下飞行试验中小肋的减阻效果。结果表明流经小肋壁后的来流机械能损失更少,且相较于光滑壁具有更小的流向摩阻及更高的流向速度。此外小肋抑制了机翼上表面的展向速度脉动,并推测其在小肋膜下游分布的展向条状强脉动区域与气流流经小肋膜所产生的流向涡有关,在此基础上小肋膜的流向减阻效果与展向速度脉动抑制有所关联。 展开更多

关键词 减阻 小肋 飞行试验

在线阅读 下载PDF 职称材料

波转子长度-转速设计规律及其失效现象分析

10

作者 李苏阳 康宜勤 +1 位作者 邢菲 产世宁 《推进技术》 北大核心 2025年第3期61-69,共9页

波转子的增压功能与叶轮机械相当,其优点之一是转速、转子离心负荷较低;而且在设计中增加转子通道的长度即可成反比地降低转速,但这种设计规律的有效性取决于它对流动现象的影响。为此,本文按照长度-转速规律设计一系列波转子方案,用数... 波转子的增压功能与叶轮机械相当,其优点之一是转速、转子离心负荷较低;而且在设计中增加转子通道的长度即可成反比地降低转速,但这种设计规律的有效性取决于它对流动现象的影响。为此,本文按照长度-转速规律设计一系列波转子方案,用数值模拟方法分析其流动现象。结果表明:在增加长度、同时成反比降低转速时,波转子的波系结构和压比均无显著变化,从而验证了长度-转速设计规律的原理;但本文发现长度增至基准方案的十六倍,波转子的1号、2号端口空气流速分别降低约一半,导致波转子排入燃烧室的工质全部是回流烟气,这种流动现象将造成波转子的功能失效。 展开更多

关键词 波转子 长度-转速设计 回流烟气 数值模拟 失效现象 压力波

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于粒子图像分割的混合PIV-PTV算法

11

作者 李拓 张清福 +6 位作者 潘翀 陈爽 申俊琦 王宏伟 李晓辉 黄湛 王晋军 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2024年第2期68-75,I0002,共9页

粒子图像测速法(particle image velocimetry,PIV)因其非接触场测量的特性,已成为空气动力学领域的主要测量工具。复杂流动的速度场往往具有非均匀性,示踪粒子难以在待测空间均匀分布。因此,在应用PIV互相关算法处理粒子稀疏区时,需要... 粒子图像测速法(particle image velocimetry,PIV)因其非接触场测量的特性,已成为空气动力学领域的主要测量工具。复杂流动的速度场往往具有非均匀性,示踪粒子难以在待测空间均匀分布。因此,在应用PIV互相关算法处理粒子稀疏区时,需要采用更大的查询窗口以降低测量的不确定度,但会带来空间分辨率低的实际问题。而粒子追踪测速法(particle tracking velocimetry,PTV)追踪单个示踪粒子的跨帧位移,具有比PIV更高的空间分辨率,但难以适用于粒子浓度高的稠密区。针对PIV、PTV各自的优点,本文发展了一种基于粒子图像分割的混合PIV-PTV测速技术。首先定义了基于维诺多边形的粒子局部浓度量度,用以计算示踪粒子在粒子图像上的局部浓度场;其次通过设定的浓度阈值对粒子进行二分类,使用基于高斯核函数的支持向量机寻找出最优的分类边界,从而实现对粒子图像的粒子稀疏区和稠密区的划分;最后对两个区域分别使用PIV和PTV进行速度场计算,并合并为完整的速度场输出。仿真结果表明,上述方法可实现对粒子图像中的示踪粒子稀疏区和稠密区的自动划分,有效提高速度场测量的空间分辨率。将该方法应用在马赫数Ma=6的湍流边界层近壁测量中,可有效解决高速条件下粒子因强剪切难以进入边界层近壁区的问题,显著提高对近壁流动的解析能力。 展开更多

关键词 粒子图像测速 混合PIV-PTV 粒子图像分割 支持向量机 维诺多边形

在线阅读 下载PDF 职称材料

平板湍流边界层瞬时摩擦阻力的光学测量和统计分析 被引量：7

12

作者 申俊琦 王建杰 潘翀 《气体物理》 2020年第5期13-23,共11页

采用近壁粒子图像测速(particle image velocimetry,PIV)技术实现了中低Reynolds数光滑平板湍流边界层瞬时摩擦阻力的测量.发展了单行互相关算法和迭代拟合技术估算瞬时摩擦阻力,其法向空间分辨率可达到2~4 pixel.作为对比,同时分析了相... 采用近壁粒子图像测速(particle image velocimetry,PIV)技术实现了中低Reynolds数光滑平板湍流边界层瞬时摩擦阻力的测量.发展了单行互相关算法和迭代拟合技术估算瞬时摩擦阻力,其法向空间分辨率可达到2~4 pixel.作为对比,同时分析了相似Reynolds数范围的直接数值模拟数据.统计结果表明:摩擦阻力的脉动强度随Reynolds数升高呈现对数增长趋势,证实了外区大/超大尺度结构对壁面的影响.谱分析结果表明近壁区的低速条带结构主导着摩擦阻力的多尺度脉动特性,外区大/超大尺度结构对摩擦阻力的印迹作用较小,其主要通过调制作用实现对摩擦阻力的影响,这一结论可以从瞬时摩擦阻力的偏度以及概率密度函数曲线具有Reynolds数不变性得到进一步证实. 展开更多

关键词 近壁PIV技术 湍流边界层 瞬时摩擦阻力 统计分析 多尺度脉动特性 调制作用

在线阅读 下载PDF 职称材料

受径向振荡激励的黏弹性液滴稳定性分析 被引量：2

13

作者 姚慕伟 富庆飞 杨立军 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期2468-2476,共9页

当液滴受到外部周期性的径向激励时,在其表面会形成驻波模式的不稳定,这就是在球面上的Faraday不稳定问题.不稳定的表面波的振荡频率根据流体物性参数和所施加激励条件的不同呈现为谐波或是亚谐波模式的振荡.本文基于线性小扰动理论,研... 当液滴受到外部周期性的径向激励时,在其表面会形成驻波模式的不稳定,这就是在球面上的Faraday不稳定问题.不稳定的表面波的振荡频率根据流体物性参数和所施加激励条件的不同呈现为谐波或是亚谐波模式的振荡.本文基于线性小扰动理论,研究了受径向振荡体积力的黏弹性液滴表面波的不稳定性.振荡的体积力导致动量方程为含有时间周期系数的Mathieu方程,系统因此变成参数不稳定问题,采用Floquet理论进行求解.本模型中将黏弹性的特征处理为与流变模型参数相关的等效黏度,从而简化了问题的求解.基于对中性稳定曲线及增长率的分析,研究了黏弹性参数对液滴稳定性的影响.结果表明零剪切黏度和应变驰豫时间的增加具有抑制液滴表面波增长的作用,提高了使液滴表面发生谐波不稳定的激励幅值.随着振荡幅值的增加,增长率不稳定的区域减少,且随着振荡频率的增加,液滴表面波增长率减小.通过对增长率的分析可以得出,应力松弛时间的增加使得增长率增加,从而促进了液滴表面波的增长. 展开更多

关键词 线性稳定性 黏弹性液滴 径向振荡 参数不稳定 FLOQUET 理论

在线阅读 下载PDF 职称材料

边条翼后掠角对钝头细长旋成体非对称流动的影响 被引量：1

14

作者 袁起航 王延奎 +1 位作者 李乾 齐中阳 《气体物理》 2022年第1期45-52,共8页

为探究大迎角时边条翼前缘后掠角对钝头细长旋成体导弹绕流特性的影响,开展了模型表面测压和粒子图像测速的风洞实验,研究了亚临界Reynolds数Re=150000、迎角α=50°条件下不同前缘后掠角固定边条翼的钝头细长旋成体非对称绕流特性... 为探究大迎角时边条翼前缘后掠角对钝头细长旋成体导弹绕流特性的影响,开展了模型表面测压和粒子图像测速的风洞实验,研究了亚临界Reynolds数Re=150000、迎角α=50°条件下不同前缘后掠角固定边条翼的钝头细长旋成体非对称绕流特性.结果表明,在边条翼上游区,后掠角增大使边条涡涡位更靠近前体物面且对称性更好,导致前体物面的压力分布更对称,截面侧向力减小;在边条翼区,后掠角增大加强了边条涡对前体非对称涡系的诱导作用;在边条翼下游区,后掠角增大减弱了边条涡对旋成体非对称涡系的诱导作用,加剧了旋成体物面的压力分布不对称性,导致截面侧向力变大. 展开更多

关键词 大迎角空气动力学 钝头细长旋成体 边条翼后掠角 非对称流动 空空导弹

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于卷积神经网络的近壁流动高分辨率平均速度场预测方法

15

作者 王少飞 潘翀 齐中阳 《实验流体力学》 CAS CSCD 北大核心 2022年第3期110-117,共8页

本文设计并验证了基于卷积神经网络的边界层近壁流动高分辨率平均速度场预测方法:首先采用示踪粒子图像对数据集训练卷积神经网络,通过调整神经网络参数可以预测示踪粒子在数据集上的平均跨帧位移;然后使用该卷积神经网络预测像素空间... 本文设计并验证了基于卷积神经网络的边界层近壁流动高分辨率平均速度场预测方法:首先采用示踪粒子图像对数据集训练卷积神经网络,通过调整神经网络参数可以预测示踪粒子在数据集上的平均跨帧位移;然后使用该卷积神经网络预测像素空间中各像素位置的单粒子位移,得到高分辨率的平均速度场信息。将该方法用于预测湍流脉动较小的边界层近壁区的平均流动,能够将空间分辨率提高到单像素精度。误差分析发现,该方法获得的测速精度略优于传统单像素系综平均互相关算法,且对粒子浓度和示踪粒子图像对数目的要求明显低于后者。 展开更多

关键词 粒子图像 卷积神经网络 边界层近壁流动

在线阅读 下载PDF 职称材料