超音速喷射器中液滴行为对斜激波串/伪激波的作用机理及其控制研究

基本信息
批准号:51775098
项目类别:面上项目
资助金额:60.00
负责人:王晓冬
学科分类:
依托单位:东北大学
批准年份:2017
结题年份:2021
起止时间:2018-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:William Yang,岳向吉,张鹏飞,李赫,张光利,吴佳琪,任昱汶,侯德峰
关键词:
优化设计
结项摘要

Transonic flow is widely occurred in supersonic wind channel, supersonic ejector. The flow structure, heat and mass transfer behavior is quite complicated including steam non-equilibrium condensation and shock wave occurred in this steam transonic flow. The comprehensive understanding of steam condensation, droplet evolution, oblique shock train/pseudo-shock flow in the steam jet flow has essential theoretical significance. In present project, the changing of droplet diameter will be described by droplet coalescence and breakage rate resulted from the interaction between gas flow and droplets. A multiphase mathematic model based on Population Balance Modeling (PBM), coupled with turbulence model and wet steam model for transonic flow, will be proposed to describe the steam condensation and the droplet profile in steam jet flow. The Adaptive Mesh Refinement (AMR) and Weighted Essentially Non-Oscillatory schemes (WENO) will be adopted in numerical simulations to improve the simulation accuracy. The Particle Image Velocimetry (PIV) will be used in experimental study of the steam flow structure, droplets flow behavior and used to verify and improve the theoretical models. The Sensitivity Analysis and Coordinated Analysis of Multiple Factors methods will be used to analyze the relationship between droplets flow and the ejector parameters. The research contribution from present project can be adopted in the design of steam jet system to obtain high operating reliability and mixing efficiency.

跨音速(亚音速-超音速-亚音速)流动广泛存在于超音速风洞、超音速飞机发动机、超音速喷射器等流动装置之中。通过正激波实现超音速向亚音速转变的过程中,跨音速流动极为复杂。其中,高超音速条件下,正激波与边界层相互作用产生的斜激波串/伪激波及伴随的自激振荡现象是超音速流动设备效率低下、工作不稳定的主因。对斜激波串/伪激波发生机理和流动特性的理解不够充分是当前制约超音速流动设备性能、工作可靠性提高的核心问题。本项目拟以超音速喷射器为研究对象,采用理论建模、物理实验和数值计算相结合的方法,研究喷射器工作蒸汽自发凝结液滴行为及其对斜激波串/伪激波形态、自激振荡幅度和频率的作用机理,探索液滴行为影响下的斜激波串/伪激波现象对喷射器效率和工作稳定性的影响规律,进而寻求对斜激波串/伪激波行为的控制策略,为高效、高可靠性喷射器设计及其它超音速流动设备性能提高提供理论支撑。

项目摘要

跨音速(亚音速-超音速-亚音速)流动广泛存在于超音速风洞、超音速飞机发动机、超音速喷射器等流动装置之中。通过正激波实现超音速向亚音速转变的过程中,跨音速流动极为复杂,对斜激波串/伪激波发生机理和流动特性的研究对于提高超音速流动设备性能、工作可靠性具有重要意义。项目以超音速喷射器为研究对象,采用理论建模、物理实验和数值计算相结合的方法,开展了喷射器工作蒸汽自发凝结液滴、边界层脱离行为及斜激波串/伪激波形态演变,探索了斜激波串/伪激波现象的内在作用机理以及与喷射器效率的关系等方面的研究工作,取得系列研究成果。发表杂志论文13篇,其中SCI论文8篇,10人次参加5个国际学术会议,发表会议论文10篇,培养博士后1人,博士研究生3人,其中一人获得博士学位,培养硕士研究生4人,其中2人获得硕士学位。上述研究工作及成果,为高效、高可靠性喷射器设计及其它超音速流动设备性能提高提供了理论依据。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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