基于波瓣混流器的流場特性分析.pdf

1、論文以高效氣氣摻混技術為研究背景，綜合采用混合 RANS/LES方法、納米粒子平面激光散射技術（NPLS）和PIV技術研究了被動混合增強部件—矩形波瓣混流器下游的流場結(jié)構(gòu)特性和摻混特性。
　　結(jié)合國內(nèi)外波瓣混流器研究成果，論文設計了實驗研究所采用的矩形波瓣構(gòu)型。實驗在吸氣式超聲速混合層風洞中開展，實驗首先對風洞的實際對流馬赫數(shù)和實驗段流場品質(zhì)進行了校準，有效地保證了風洞的流場質(zhì)量，噴管出口上下側(cè)壓力匹配，風洞的實際校測對流馬赫數(shù)為

2、0.22。
　　論文通過三維超聲速混合層算例驗證 RANS/LES方法的可靠性?；诜抡娼Y(jié)果，采用渦結(jié)構(gòu)識別的Q方法準確地提取了波瓣結(jié)構(gòu)下游流場的大尺度流向渦和K-H渦結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明波瓣結(jié)構(gòu)下游主要有三個大尺度的流向渦，分別在波瓣尾緣的三個平行豎直壁下游形成。這三個流向渦結(jié)構(gòu)是波瓣下游流場的主導流場結(jié)構(gòu)，其突出的旋轉(zhuǎn)特性會明顯地改變K-H渦的運動特性，而流向渦自身的運動并沒有受到明顯的影響，這一點和低速條件下流向渦與K-H渦之間的

3、作用規(guī)律不同。三個流向渦中位于中間的一個在尺度上均明顯大于另外兩個流向渦，能強烈地在渦的一側(cè)將下層氣流卷吸到上層，而在渦的另一側(cè)將上層氣流卷吸到下層，這種強烈的旋轉(zhuǎn)作用也會微弱影響位于其兩側(cè)的兩個流向渦的運動特性，使一個在向下游運動過程中微弱上移，另一個微弱下移。
　　通過分析波瓣混流器下游的壓力場和速度場發(fā)現(xiàn)，流向渦的形成與波瓣構(gòu)型導致的壓力分布不均密切相關：氣流在流經(jīng)矩形波瓣的斜坡時，會改變來流的壓力匹配狀況，使流場靜壓在展向

4、和縱向均表現(xiàn)出分布不均的狀態(tài)，這種壓力分布不均會放大初始位于拐角處的流場不穩(wěn)定，是形成流向渦的直接原因。
　　根據(jù)NPLS瞬時流場圖像，波瓣結(jié)構(gòu)下游由于剪切作用會形成K-H渦結(jié)構(gòu)，其基本結(jié)構(gòu)和超聲速平面自由剪切層中形成的流場結(jié)構(gòu)一致，K-H渦的尺度及其增長速度要明顯小于流向渦結(jié)構(gòu)。初始的K-H不穩(wěn)定性對流場結(jié)構(gòu)有重要影響，主要表現(xiàn)為流場下游由較多小尺度渦結(jié)構(gòu)組成的有序分布的渦團。流向渦的破碎與流向渦邊緣出現(xiàn)并逐漸增長的二次不穩(wěn)定性

5、密切相關，這種不穩(wěn)定性起始于由流向渦旋轉(zhuǎn)導致的兩層氣流之間形的強烈三維剪切作用。流向渦破碎形式是從流向渦邊緣開始逐漸向內(nèi)蔓延，這和低速條件下流向渦直接碎裂成更多小尺度流向渦的破碎形式不同。
　　增加瓣高能夠明顯提高流向渦的強度和標量混合度，其中標量混合度沿流向總體呈線性增加趨勢。增加瓣高能夠明顯強化多種與摻混效果直接關聯(lián)的因素，包括：流向渦尺度、氣體界面長度以及湍流度。但增加瓣高的缺點也很明顯，即導致總壓損失的明顯增加，這主要是由