《水蒸氣相變與可壓縮流動相互作用的實驗與數值研究》是依託中國科學技術大學，由羅喜勝擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：水蒸氣相變與可壓縮流動相互作用的實驗與數值研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：羅喜勝
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
流場中水的相變問題存在於許多環境、工程技術套用如航空、汽輪機及地面風洞等中。高速膨脹流動會引起凝結的產生，而凝結放出的潛熱又會影響流場，兩者的相互耦合導致極為複雜的流動現象。本申請擬用數值與實驗兩種方法來研究水的相變與可壓縮流動相互作用的複雜機理。數值方法上，首先，從熱力學出發，綜合已有的文獻數據，並結合適當的實驗測量，評估非平衡相變中液滴成核與生長模型；其次是在數值方法裡實現物理模型，並利用實驗數據來發展和驗證高精度的數值方法。實驗研究上，通過搭建多通道壓力測量系統、高速紋影系統和多波長消光法測量系統來獲得典型高速膨脹濕空氣流場的壓力、密度以及液滴等流場參數的時空分布特性。結合數值方法，系統研究超聲速噴管流動中相變引起的振盪機理和Prandtl-Meyer膨脹波中相變導致的流場參數空間分布特性，從而為實際工業套用奠定基礎。
結題摘要
流場中水的相變問題存在於許多環境、工程技術套用如航空、汽輪機及地面風洞等中。高速膨脹流動會引起凝結的產生，而凝結放出的潛熱又會影響流場，兩者的相互耦合導致極為複雜的流動現象。本項目從理論、實驗和數值計算三個方面，研究了相變模型以及相變在可壓縮流動相互作用的複雜機理。理論研究包括：1、提出了一種新的異質成核模型；2、提出了一種評估高超聲速風洞中水蒸氣凝結對流場參數影響的理論方法；3、進行了可壓縮流動中質量交換引起的波系研究；4發展了考慮相間作用的同質相變矩方法；5、發展了考慮異質相變的矩方法。實驗研究包括：1、進行了Prandtl-Meyer膨脹波中凝結的實驗研究；2、開展高超聲速流動下TDLAS測量水蒸氣凝結的實驗研究。數值研究包括：1、Prandtl-Meyer膨脹波中凝結的數值研究及GPU加速下的大尺度Prandtl-Meyer膨脹波中凝結的計算；2、常規高超聲速風洞氮氣凝結的影響的數值研究；3、水蒸氣相變對超音速噴管性能影響的數值研究；4、水蒸氣相變對高超音速飛行器性能影響的數值研究；5、發展了帶速度滑移的同質相變矩方法的數值實現；6、異質相變矩方法的數值實現。這些研究對深入認識其複雜作用機理具有重要的意義，同時也可以為工程套用奠定基礎。
