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超声速湍流边界层中微单孔渗流流动机理与传热特性研究
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作者 赵普君 吴晓帅 赵玉新 《推进技术》 北大核心 2025年第7期191-204,共14页
微孔渗流具有在超声速湍流边界层中实现高效减阻降热的潜力。从多孔介质中提取单个微孔作为研究对象,应用直接数值模拟方法(DNS),开展微单孔渗流与超声速湍流边界层的相互作用机理研究。针对渗流压比进行参数化分析,主要关注渗流对主流... 微孔渗流具有在超声速湍流边界层中实现高效减阻降热的潜力。从多孔介质中提取单个微孔作为研究对象,应用直接数值模拟方法(DNS),开展微单孔渗流与超声速湍流边界层的相互作用机理研究。针对渗流压比进行参数化分析,主要关注渗流对主流域流场结构与传热特性的影响。结果表明,渗流显著提升了其下游流向雷诺正应力峰值,并进一步强化了边界层近壁区与湍流脉动相关的能量输运过程。渗流的法向输运作用使得微孔后缘位置出现低速条带、产生局部低温区,具有明显的减速降温效果。平均流场在低速条带与局部低温区的形成中起主导作用,而脉动流场的影响相对较小。微孔渗流上下游均存在低摩阻区,而低热流区仅存在于渗流下游。当选定积分区域与小孔域重合时,三组渗流压比下的区域减阻率大于50%,区域冷却效率超过70%。以5%作为临界值,相应临界减阻半径和临界冷却半径为单孔直径的3~4倍。 展开更多
关键词 超声速湍流边界层 微孔渗流 减阻 降热 直接数值模拟
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对流边界条件下超临界流体层流边界层相似解
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作者 李桢 杨瑞 +1 位作者 赵玉新 汪元 《推进技术》 北大核心 2025年第1期50-59,共10页
在超燃冲压发动机中,燃烧室和尾喷管内的高温燃气使再生冷却通道中的流体达到超临界状态,即在对流边界条件下形成超临界流体边界层,但其基本特性尚未明晰。为此,本文通过相似性解法计算了具有对流边界条件的超临界二氧化碳(SCO_(2))平... 在超燃冲压发动机中,燃烧室和尾喷管内的高温燃气使再生冷却通道中的流体达到超临界状态,即在对流边界条件下形成超临界流体边界层,但其基本特性尚未明晰。为此,本文通过相似性解法计算了具有对流边界条件的超临界二氧化碳(SCO_(2))平板层流边界层,来流压力为8 MPa。文中定义了热对流系数Mθ和局部对流换热常数c,它们分别与平板下表面热流体的温度及对流换热系数呈正相关,并分析了Mθ和c对边界层速度及温度剖面的影响。当c极小时,该问题可退化为绝热壁工况;相反,当c足够大时,它的表征类似于等温壁工况。随着Mθ和c的增大,壁面热流也增大;若来流温度为亚临界,此时边界层将出现跨临界机制,使壁面努塞尔数加剧降低。 展开更多
关键词 超临界流体 对流边界条件 层流边界层 相似解 壁面传热
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回流区稳定燃烧的近熄火特性理论分析 被引量:2
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作者 汪洪波 连城阅 +3 位作者 张锦成 曾宇 杨揖心 王亚男 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期298-304,共7页
基于火焰稳定在回流区剪切层中的假设,建立了预混火焰近贫燃熄火极限特性的理论分析模型.一旦火焰稳定在剪切层中,由于剪切层同时从两侧卷吸流体,所以进入火焰的流体将是自由流与回流区流体的混合物.如果是贫燃火焰,回流区流体由燃烧产... 基于火焰稳定在回流区剪切层中的假设,建立了预混火焰近贫燃熄火极限特性的理论分析模型.一旦火焰稳定在剪切层中,由于剪切层同时从两侧卷吸流体,所以进入火焰的流体将是自由流与回流区流体的混合物.如果是贫燃火焰,回流区流体由燃烧产物和多余的氧化剂组成而没有燃料,因此进入剪切层火焰的混合物当量比将低于自由流的当量比.如此一来,即使自由来流是可燃的,剪切层中混合物的当量比也可能超出可燃极限.分析表明,对于回流区稳定的贫燃火焰,进入剪切层火焰的混合物有效当量比将低于自由来流的当量比.根据理论分析建立了近贫燃熄火极限的回流区稳定燃烧模式图,其中涉及4个参数:自由来流当量比、剪切层卷吸比、吹熄极限和再点火极限.分析揭示出4种可能的燃烧模式:超稳定火焰、亚稳定火焰、振荡火焰和熄火.特别地,在参数空间发现了一个振荡区,它可能为近吹熄火焰引入一种新的固有不稳定性机制.在这种机制中,剪切层中的当量比振荡实际上是由燃烧过程本身驱动的,因为火焰的位置/振荡影响着进入回流区的流体成分进而影响剪切层中的当量比.因此,当量比振荡与燃烧过程之间的反馈循环由于周期性的火焰吹熄和闪回/再稳定而得以封闭. 展开更多
关键词 回流区 贫燃 熄火 稳定 振荡
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基于深度学习建表的宽域发动机火焰面燃烧模型构建与验证
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作者 于江飞 连城阅 +3 位作者 汤涛 唐卓 汪洪波 孙明波 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期723-739,共17页
以新型宽域发动机为动力的未来新一代飞行器的研发迫切需要CFD方法来进行高效高精度的辅助设计.文章把传统的火焰面/进度变量燃烧模型与深度学习和神经网络方法相结合,构建了新的智能化改进的燃烧模型并进行了算例测试与验证,在保证计... 以新型宽域发动机为动力的未来新一代飞行器的研发迫切需要CFD方法来进行高效高精度的辅助设计.文章把传统的火焰面/进度变量燃烧模型与深度学习和神经网络方法相结合,构建了新的智能化改进的燃烧模型并进行了算例测试与验证,在保证计算效率的同时提高了预测精度.首先,给出了人工神经网络的构建方法,包括数据库划分、数据归一化以及模型的训练等;然后,测试分析了不同函数结构对新建模型的影响,并讨论了基于CPU和GPU的求解器框架下内存占用优化问题;最后,把智能化模型耦合到GPU求解器上对飞行马赫数4~12的3个发动机算例进行了数值模拟.结果表明,智能化改进的模型可代替传统火焰面/进度变量数据库从而实现高维参数建模及模型改进,并可以成功运行在GPU上;智能化改进的模型比传统的模型平均误差减小量均超过了50%,算例误差最大减小值可达57.2%. 展开更多
关键词 火焰面/进度变量模型 全连接神经网络 宽域发动机 燃烧模型 数值模拟
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基于代理模型的超燃冲压发动机燃烧室构型参数优化设计
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作者 于江飞 周子旋 +4 位作者 彭江鹏 汤涛 杨王锋 杨揖心 汪洪波 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期3359-3370,共12页
针对传统超燃冲压发动机燃烧室构型设计中存在的计算周期长、试验成本高等问题,提出一种燃烧室的Kriging代理模型,并使用NSGA-Ⅱ多目标优化算法以实现对超燃冲压发动机燃烧室构型参数高效的优化设计.通过测试,将应用Kriging代理模型的... 针对传统超燃冲压发动机燃烧室构型设计中存在的计算周期长、试验成本高等问题,提出一种燃烧室的Kriging代理模型,并使用NSGA-Ⅱ多目标优化算法以实现对超燃冲压发动机燃烧室构型参数高效的优化设计.通过测试,将应用Kriging代理模型的预测结果与CFD计算结果进行对比分析,验证了该代理模型能够较为快速并准确地预测代表燃烧室性能的推力和压力损失系数.以推力和压力损失系数为优化目标,基于NSGA-Ⅱ多目标优化算法,通过该Kriging代理模型获得了Pareto最优解集;然后,采用灵敏度分析法对设计变量进行排序,成功识别出了显著影响燃烧室性能的关键构型参数;最后,基于控制变量法针对单个设计变量的变化对超燃冲压发动机燃烧室性能的影响进行研究,分析结果可以指导燃烧室的优化设计.文章研究结果可加速超燃冲压发动机燃烧室构型的优化设计,为其设计提供了一种新的思路和方法,为后续的相关研究提供了有价值的参考和借鉴. 展开更多
关键词 超燃冲压发动机燃烧室 KRIGING 代理模型 构型参数优化设计 多目标优化 NSGA-Ⅱ 优化算法
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