进口预旋下波瓣式喷管内部强迫掺混的机理研究

波瓣式喷管在中小涵道比涡扇发动机中有着广泛的应用，其对于增加推力、降低噪音和抑制红外辐射具有十分显著的效果。本项目拟以某真实发动机波瓣式喷管为研究对象，以能提供不同旋流（不同预旋角度及径向分布规律）的低速同心双环流风洞实验台为载体，以七孔探针、三维热线以及油流显示为测试手段，并辅之以数值计算，探索不同进口旋流下波瓣式喷管内部流向涡和正交涡产生、发展、衰减的演变过程，深入理解波瓣式喷管强迫掺混机理。在定量分析各主要参数对波瓣掺混性能影响的基础上，寻求波瓣式喷管掺混效率、掺混损失与进气旋流的内在联系，探索进口旋流的最佳径向分布，为高性能波瓣式喷管的设计提供基础性的理论支撑。

本项目通过试验测量和数值模拟的方法，研究了（1）轴向进气条件下波瓣式喷管内部复杂涡系结构及其相互作用过程；（2）均匀进口预旋来流与波瓣内部复杂涡系的耦合机制；（3）进口预旋角径向分布对三维波瓣射流涡系结构及其相互作用的影响；（4）不同进口预旋条件下波瓣射流掺混性能分析与关联规律。研究发现波瓣特殊几何外形诱导大尺度流向涡，其与正交涡的相互作用过程主导着波瓣射流掺混。进口预旋有利于增强流向涡及正交涡的强度，并能切实加速它们之间的相互作用过程。但过高的进口预旋也会造成波瓣表面及中心锥表面流动分离，甚至诱发中心锥下游出现回流区，从而造成总压和推力损失的大幅提高。进口预旋的径向梯度加剧涡对的非对称性，从而加速了涡系之间的相互作用及波瓣射流掺混。总体来说，当进口旋流角小于20°时，旋流在有效加速射流掺混的同时，也不至于带来明显的总压损失和推力损失；合理的进口预旋径向布局在抑制流动分离和回流区的出现的同时，还能充分利用进口预旋加速射流掺混。. 项目组不仅圆满地完成了项目申请书要求的研究内容，还结合本项目研究结果发表了论文6篇，合作撰写专著1部，培养博士研究生和硕士研究生各1名。