激波与单液滴相互作用及其对修正质量、动量和热量传递模型的影响

基本信息
批准号:51676111
项目类别:面上项目
资助金额:67.00
负责人:王兵
学科分类:
依托单位:清华大学
批准年份:2016
结题年份:2020
起止时间:2017-01-01 - 2020-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:王希麟,刘海旭,任兆欣,谢峤峰,吴汪霞,项高明,杨洋,陈俊屹
关键词:
热质传递液滴破碎激波动量传递相间作用
结项摘要

The bulk interests in spray combustion are to study droplets breakup and gasification. However, we now face new challenges to well understand the physical processes and perform mathematical models in supersonic flows, since the mechanism of shock waves interacting with droplets is still unclear. It is significant to study the droplet dynamics considering the interaction of strong shock waves for the development of accurate numerical models as well as the optimization design and performance analysis of scramjet combustor. In the present project, we plan to record the interaction processes of shock waves with single droplets by using high-speed schlieren photography, and improve interface-capturing methods for compressible two-phase fluids with high density ratios. The fine numerical simulations of the droplet/shock wave interaction are performed to present the temporal and spatial evolution of two-phase interfaces. Based on the above results, we will then summarize the laws of droplets dynamics and interface geometry morphology under the action of shock waves, to establish a flow-regime chart for droplet breakup in supersonic flows, which correlates the flow Reynolds number, droplet Weber number, Ohnesorge number and shock wave Mach number. Thus, the rules of droplet/shock wave interaction and the mechanisms of droplet breakup impacted by shock waves will be presented. We will further launch detailed simulations on the high/low speed flows around a single droplet with and without evaporation to investigate the processes of the mass, momentum and heat transfer between the droplet and the surrounding supersonic high temperature fluids. Therefore, considering the compressibility effects resulted from the shock wave action, we will finally obtain the suitable mass, momentum and heat transport mathematical models applied for supersonic flows. The project aims to not only develop accurate numerical prediction methods, but also provide practical models and theory basis for the engineering application of supersonic two-phase flows.

液滴破碎与汽化是喷雾燃烧领域的经典问题,但其在超声速流动极端条件下面临新的挑战,即激波作用下的物理机理尚未清晰,相关模型不完备。研究强激波作用下液滴动力学规律,对于精准数值模型的发展,进而超燃冲压发动机的优化设计与性能分析具有重要意义。本项目将采用高速纹影技术拍摄激波对单液滴的冲击过程,发展大密度比气液两相守恒界面捕捉算法并实现激波与液滴相互作用时空演化过程的精细数值模拟;总结激波作用下液滴动力学和界面形态几何学规律,建立关联雷诺数、韦伯数、欧尼索数及激波马赫数的液滴破碎“流态图”,揭示激波与液滴相互作用规律以及强激波作用液滴的破碎机制;分析单液滴高、低速绕流流场的数值模拟结果,研究激波强可压缩性对液滴与高温高速气流间质量、动量和热量传递规律的影响,修正得到相对完善的超声速流动中液滴“三传”模型及其适用条件,从而为发展准确的数值预测手段及超声速两相流动的工程应用提供实用模型和理论依据。

项目摘要

液滴破碎与汽化是喷雾燃烧领域的经典问题,但其在超声速流动极端条件下面临新的挑战,即激波作用下的物理机理尚未清晰,相关模型不完备。研究强激波作用下液滴动力学规律,对于精准数值模型的发展,进而超燃冲压发动机的优化设计与性能分析具有重要意义。本项目采用高速纹影技术拍摄激波对单液滴的冲击过程,获得了不同激波马赫数条件下的液滴变形、破碎规律。搭建了激波与单液滴相互作用研究实验台,发展了大密度比气液两相守恒界面捕捉算法,建立了强可压两相流动中的高瞬变相变模型及强鲁棒算法,编制了程序和相应的软件。基于自研算法、模型,及其数值计算软件实现了激波与液滴相互作用时空演化过程的精细数值模拟,提取并分析了相互作用过程中复杂波系以及两相界面瞬变特征;总结激波作用下液滴动力学和界面形态几何学规律,揭示激波与液滴相互作用规律以及强激波作用液滴的破碎机制,分析了单液滴在激波作用下流体相变空化的物理特征,强可压缩性对液滴与高温高速气流间质量、动量和热量传递规律的影响,修正得到相对完善的超声速流动中液滴“三传”模型,从而为发展准确的数值预测手段及超声速两相流动的工程应用提供实用模型和理论依据。总之,本项目重要成果与创新包括:1)开发了一套含有相变过程的强可压缩两相界面流动过程的高精度数值模拟算法及软件,2)获得了激波与液滴相互作用过程中复杂波系时空演化结果及物理规律,解释了激波诱发液滴内部空化的物理机制,并系统完整的建立了界面约束的非定常激波解析理论,3)获得了作用液滴之后入射激波的演化规律,液滴受激波冲击后的动力与规律及其主控因素。上述成果对于强可压缩两相界面流动的工程调控具有重要理论价值。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

DeoR家族转录因子PsrB调控黏质沙雷氏菌合成灵菌红素

DeoR家族转录因子PsrB调控黏质沙雷氏菌合成灵菌红素

DOI:10.3969/j.issn.1673-1689.2021.10.004
发表时间:2021
2

氟化铵对CoMoS /ZrO_2催化4-甲基酚加氢脱氧性能的影响

氟化铵对CoMoS /ZrO_2催化4-甲基酚加氢脱氧性能的影响

DOI:10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2022.10.026
发表时间:2022
3

温和条件下柱前标记-高效液相色谱-质谱法测定枸杞多糖中单糖组成

温和条件下柱前标记-高效液相色谱-质谱法测定枸杞多糖中单糖组成

DOI:10.3724/ SP.J.1123.2019.04013
发表时间:2019
4

水氮耦合及种植密度对绿洲灌区玉米光合作用和干物质积累特征的调控效应

水氮耦合及种植密度对绿洲灌区玉米光合作用和干物质积累特征的调控效应

DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.03.004
发表时间:2019
5

地震作用下岩羊村滑坡稳定性与失稳机制研究

地震作用下岩羊村滑坡稳定性与失稳机制研究

DOI:10.16285/j.rsm.2019.1374
发表时间:2020

王兵的其他基金

批准号:51705293
批准年份:2017
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:50706021
批准年份:2007
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81804099
批准年份:2018
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11572102
批准年份:2015
资助金额:56.00
项目类别:面上项目
批准号:51903173
批准年份:2019
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81502108
批准年份:2015
资助金额:17.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:71473105
批准年份:2014
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:41301295
批准年份:2013
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:19904012
批准年份:1999
资助金额:16.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:91421313
批准年份:2014
资助金额:300.00
项目类别:重大研究计划
批准号:71772084
批准年份:2017
资助金额:48.00
项目类别:面上项目
批准号:61472282
批准年份:2014
资助金额:83.00
项目类别:面上项目
批准号:71002026
批准年份:2010
资助金额:17.60
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30771639
批准年份:2007
资助金额:29.00
项目类别:面上项目
批准号:41204094
批准年份:2012
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:60771006
批准年份:2007
资助金额:29.00
项目类别:面上项目
批准号:71704178
批准年份:2017
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61402486
批准年份:2014
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61701514
批准年份:2017
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:12026251
批准年份:2020
资助金额:20.00
项目类别:数学天元基金项目
批准号:11304108
批准年份:2013
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41201277
批准年份:2012
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30972426
批准年份:2009
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
批准号:61272269
批准年份:2012
资助金额:20.00
项目类别:面上项目
批准号:U1330127
批准年份:2013
资助金额:82.00
项目类别:联合基金项目
批准号:10876032
批准年份:2008
资助金额:34.00
项目类别:联合基金项目
批准号:20473077
批准年份:2004
资助金额:25.00
项目类别:面上项目
批准号:90921013
批准年份:2009
资助金额:300.00
项目类别:重大研究计划
批准号:81160236
批准年份:2011
资助金额:50.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:10374083
批准年份:2003
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
批准号:U1730104
批准年份:2017
资助金额:62.00
项目类别:联合基金项目
批准号:11202059
批准年份:2012
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41771555
批准年份:2017
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:11705165
批准年份:2017
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:60803107
批准年份:2008
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:71372033
批准年份:2013
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:11674117
批准年份:2016
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:91321309
批准年份:2013
资助金额:420.00
项目类别:重大研究计划
批准号:41203057
批准年份:2012
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31760250
批准年份:2017
资助金额:38.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:81760029
批准年份:2017
资助金额:34.00
项目类别:地区科学基金项目

相似国自然基金

1

海面飞沫滴及其相变影响湍流边界层动量和热量输运的研究

批准号:11572183
批准年份:2015
负责人:董宇红
学科分类:A0901
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
2

振荡管内激波与乳化液滴相互作用及其耦合机制研究

批准号:11702105
批准年份:2017
负责人:赵家权
学科分类:A0905
资助金额:28.00
项目类别:青年科学基金项目
3

摇摆状态下降膜吸收过程质量、热量及动量传递规律研究

批准号:59876006
批准年份:1998
负责人:徐士鸣
学科分类:E0603
资助金额:14.00
项目类别:面上项目
4

微通道中相间质量和热量传递对介孔材料凝胶过程的影响规律

批准号:20976096
批准年份:2009
负责人:王玉军
学科分类:B0816
资助金额:32.00
项目类别:面上项目