《欠膨脹射流失穩機理及關聯流場結構特徵數值分析》是依託中國科學院力學研究所，由姚衛擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：欠膨脹射流失穩機理及關聯流場結構特徵數值分析
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：姚衛
- 依託單位：中國科學院力學研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高噴壓比燃料射流的快速有效混合是超燃衝壓發動機設計中面臨的重要問題，而對欠膨脹射流剪下層失穩機理的理解是設計和最佳化混合增強方法的基礎。然而，與剪下層不穩定性密切相關的流場結構存在複雜的相互作用並且隨噴壓比的不同而呈現出不同的特徵，對其相互作用因果關係即失穩機理和失穩狀態規律的揭示需要較高的時間和空間流場解析度。本項目擬基於大渦模擬系統地揭示不同程度的欠膨脹射流非穩態演化過程中螺旋模態等失穩關聯流場結構特徵的變化規律，分析射流核心失穩過程中的失穩機理，並考察噴注方式與主動激勵對射流失穩過程的影響規律。本項目旨在通過揭示不同程度的欠膨脹射流失穩機理和探索基於失穩機理的射流失穩過程主動控制，為有目的地利用主動激勵增強欠膨脹燃料射流的混合性能以及設計和最佳化現有超聲速燃燒室混合增強方法奠定理論基礎。
結題摘要
高噴壓比燃料射流的快速有效混合是超燃衝壓發動機設計中面臨的重要問題，而對欠膨脹射流剪下層失穩機理的理解是設計和最佳化混合增強方法的基礎。本項目基於自主開發的可壓縮高保真大渦模擬程式AstroFOAM開展了如下研究工作，（1）系統地了揭示噴壓比5.6-11.21之間不同程度欠膨脹射流非穩態演化過程中激波胞格、螺旋模態、下游漩渦和聲場等失穩關聯流場結構特徵的變化規律；（2）深入分析了欠膨脹射失穩的內在機理，即各流場結構的相互作用規律，明確地指出了螺旋模態結構與射流失穩之間的強關聯性；研究首次從頻譜分析角度分析了欠膨脹射流各流場結構之間的關聯；首次從計算結果中觀察到激波胞格的震盪頻率、螺旋模態的周轉頻率和激波嘯叫頻率存在高度一致性；（3）系統地考察了噴壓比、燃料、噴口幾何形狀等噴注方式，以及聲擾動和渦擾動兩種主動激勵方式對射流失穩特性和混合效率的影響; 提出了一種欠膨脹射流失穩主動控制的獨特設計思路；本研究首次探索了基於流場特徵頻率(如激波嘯叫頻率、第二嘯叫頻率等)對射流失穩過程進行主動控制；研究發現特頻激勵不僅改變了欠膨脹射流的失穩特性而且改變了其螺旋模態；首次探索了渦擾動對欠膨脹射流失穩和混合過程的影響，發現即使小幅的渦擾動也對射流失穩產生顯著影響。本項目通過揭示不同程度的欠膨脹射流失穩機理和探索基於失穩機理的射流失穩過程主動控制，為有目的地利用主動激勵增強欠膨脹燃料射流的混合性能以及設計和最佳化現有超聲速燃燒室混合增強方法奠定了理論基礎。本項目執行期間共發表SCI論文14篇， EI論文8篇，申請專利2項（已授權1項），軟體著作權3項（已授權），獲得國際獎項1項（AIAA最佳論文獎）。在超聲速流動計算與欠膨脹射流不穩定性理論等方面培養了博士研究生 2 名，碩士研究生 2 名。
