轴对称激励射流特性研究

	轴对称激励射流特性研究
英文题名	Study on the characteristics of axisymmetric excited jet
	闫继东
导师	顾洪斌
	2016
学位授予单位	中国科学院大学
学位授予地点	北京
学位类别	硕士
学位专业	流体力学
摘要	本文利用H-S管和局部电弧等离子加热装置（LAFPAs）产生激励，实验研究了激励频率、加热效应对轴对称音速射流混合和频谱特性的影响。采用纹影仪、自由场传声器、高频动态压力传感器、高频电压/电流探头对射流流场结构、脉动压力变化等测量手段，利用FLUENT进行数值计算，研究了脉冲激励效应和加热效应对射流流场结构、边界层与大尺度结构发展的影响规律。研究成果主要有：（1）实验研究了可压缩轴对称射流在静止空气中的自激振荡特性，包括流场结构、流场脉动压力变化等。纹影图观察到清晰的激波波包结构、射流核心区的振荡、微弱的压缩波等射流结构。喷管出口流场脉动压力分析得到特别明显的六个主频18kHz、19.5kHz、32kHz、46kHz、54kHz、68kHz，其中32kHz是脉动频率最集中的一个频率，并详细探究了射流近、远场脉动压力变化特性。（2）通过改变H-S管中共振管长，产生含有不同特征频率的激励射流。研究表明，激励源频率在St=0.011时，边界层扩展最快，同时大尺度结构对射流远场“搅拌”作用更为明显。而在St=0.028时，射流扩散程度比无激励时还要小,确存在某些频率下，可以抑制射流扩展；对流场的快速傅里叶分析发现在不同激励频率射流中，主频区发生扩展、移动、分散和聚集效应。主频区的变化同时反应了射流脉动能量的变化。通过相位平均法分析可以得到大尺度结构、大尺度发展及间歇性频率等关键信息。进一步证明激励是通过改变射流本身的频率特征来改变界面的发展，也就是改变能量分布特征来改变界面的大尺度结构。（3）利用自制的局部电弧加热激励装置，实验研究了低频激励射流流场结构特性;同时进行数值模拟，研究了加热效应与脉冲激励效应对射流的影响。研究发现加热效应导致射流近场结构更加强烈，包括激波波系结构、微弱的辐射波等，但波系结构更易散失，这也促进射流混合增强。脉冲效应的激励效果同H-S激励效果总体相同，St=0.011时混合效果最好。本文利用实验手段，结合数值模拟，对H-S管激励射流与局部电弧加热激励射流进行全面的研究，得到了激励射流流场结构的振荡特性、激励射流混合效果、射流近/远场脉动压力的频响特性等，并开发了一套高频激励装置，实验证明了这个装置对射流的加热、脉冲激励作用可以增强混合，这为未来激励射流研究提供了重要的实验手段和参考依据。关键词：超燃冲压发动机，激励射流，H-S管，射流剪切层，大尺度结构，局部电弧加热装置
索取号	31312
语种	中文
文献类型	学位论文
条目标识符	http://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/59410
专题	高温气体动力学国家重点实验室
推荐引用方式 GB/T 7714	闫继东. 轴对称激励射流特性研究[D]. 北京. 中国科学院大学,2016.

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