《高雷諾數超聲速湍流混合層標量輸運與擴散特性研究》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由沈赤兵擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：高雷諾數超聲速湍流混合層標量輸運與擴散特性研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：沈赤兵
- 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
組合循環發動機內部的富燃燃氣與空氣的混合過程具有高雷諾數、超聲速混合的特點，混合層內的溫度、組分濃度等標量輸運與擴散過程是制約氣氣混合與燃燒過程的重要因素。高雷諾數條件下，混合層內的湍流尺度、動量與標量輸運和擴散、渦形態、標量界面演化呈現更為複雜的物理機制。本項目擬採用高超聲速風洞實驗、大渦模擬(LES)/直接數值模擬(DNS)以及理論建模相結合的手段，研究湍流混合層發展形態、標量輸運與擴散特性及其影響因素。通過改變來流速度、溫度等參數獲得高雷諾數湍流來流條件，利用流場精細結構測量方法，定性獲得高解析度的渦結構、標量結構，定量獲得速度場、濃度與溫度場以及標量PDF分布。針對試驗獲得的湍流來流，開展混合層的大渦模擬或直接數值模擬研究，得到更為全面的流場數據。探究雷諾數、壓縮性等參數對標量輸運與擴散的影響，以此為基礎建立標量增長與混合模型，並提出有效的混合增強方法。
結題摘要
採用實驗、大渦模擬和理論建模相結合的方法研究了超聲速混合層增長特性、標量混合特性及其混合增強技術。首先，通過大渦模擬研究了高雷諾數混合層渦結構發展過程，得到了混合層發展各個階段的增長率，並且通過實驗驗證了數值仿真的結果。重點研究了特徵雷諾數、對流馬赫數和隔板厚度等參數對混合層混合特徵的影響。然後，研究了超聲速混合層各個階段的標量輸運和擴散特性，並且給出了來流雷諾數和對流馬赫數的影響。建立了超聲速混合層混合率模型。最後，重點研究了超聲速混合層的混合增強方法。通過在入口處添加單頻或者多頻擾動研究了混合層在不同擾動下的增長特性。實驗和數值仿真研究了不同的混合器，如波瓣混合器、鋸齒型混合器以及電漿合成射流等對混合層增長率的影響，重點關注了流向渦對混合層的影響。之後，研究了激波和膨脹波對混合層渦量輸運、渦結構發展、湍流統計特性以及混合特性的影響。研究結果為組合循環發動機內部燃氣與空氣的混合過程提供重要參考。
