合成气纯氧高压预混湍流火焰结构研究

为了理解高压下合成气纯氧预混湍流火焰中火焰与流动的耦合作用,利用OH-PLIF激光测量技术开展了高压条件下合成气纯氧预混湍流火焰结构研究,获得了高压下预混湍流火焰前锋面结构,得到了火焰前锋面尺度信息,包括火焰体积、火焰面密度和火焰前锋面尺度,并分析了预混湍流火焰前锋面与湍流尺度和层流火焰尺度的相互作用关系.研究结果表明:高压预混湍流火焰前锋面为褶皱火焰面结构,火焰面为小尺度的尖峰结构和大尺度的树干状结构互相叠加;合成气火焰前锋面结构比甲烷混合气火焰更加精细,尺度更小;合成气预混湍流火焰体积较小,放热区较小,在预混贫燃燃气轮机燃烧室中容易产生燃烧振荡;合成气和甲烷火焰在湍流燃烧速率上表现出不同的转折规律,这可以通过火焰前锋面尺度和火焰自身不稳定性尺度来解释;湍流流动对火焰前锋面的扰动受到火焰自身不稳定尺度的限制.     

湍流多尺度相干结构间歇性的PIV实验研究

利用粒子成像测速(PIV)系统测量了湍流边界层中流向速度平面,并对湍流多尺度相干结构统计特性进行了实验研究.利用连续子波变换,计算了不同尺度、不同法向位置的子波系数概率密度函数.结果发现缓冲区有着更强的间歇性.利用子波系数量化湍流间歇性的方法,应用推广的自相似律(ESS),计算了子波系数结构函数的标度指数.研究表明:当多尺度相干结构被提取出后,利用子波系数计算的ESS标度律就符合科尔莫戈罗夫提出的线性标度律,验证了多尺度相干结构是湍流边界层产生奇异标度律的原因.此外,利用PIV系统测量的数据,给出了流向平面内的以子波系数表达的能量分布.这种方法有利于进一步对多尺度相干结构在空间平面内的辨识与特性进行研究.     

预混合燃烧方式的混合气形成与燃烧的研究

通过高速纹影摄影及激光多普勒测速技术对伞喷油嘴的喷雾特性进行了研究，并获得了与多孔喷油嘴喷束不同的规律，通过在Ｅ１５０型和１３５型试验机上的伞喷燃烧试验取的示功图及性能参数表明具有预混合燃烧的特点，改善了经济性和排放指标。     

台风“梅花”作用下中国航海博物馆风场特性及风振响应实测分析

采用超声风速仪与加速度传感器,对台风"梅花"作用下中国航海博物馆周围风场及双曲面索网结构风振响应进行现场实测,对脉动风速的概率密度分布、湍流度、阵风因子、湍流积分尺度、风速功率谱等风场特性及加速度概率密度分布、反应谱、结构自振频率、阻尼比、振型等风振特性进行研究.结果表明:脉动风速的概率密度分布符合高斯分布;湍流度和阵风因子随平均风速的增大而减小;顺风向、横风向、竖向脉动风速影响下顺风向湍流积分尺度平均值的比值为12.1∶3.4∶1.0,湍流积分尺度与平均风速相关性较小,随湍流度的增大而减小;实测脉动风速谱与Von Karman谱较为吻合;风振具有较强的非高斯性,随振幅阈值的增长,阻尼比的变化可分为线性递增段和平稳段,利用谱分析法、随机减量法、随机子空间法等方法计算得到的自振频率较为一致.     

燃烧数值模拟中的复杂化学反应机理处理方法

燃烧数值模拟有助于认识诸如点火、火焰传播、火焰不稳定、熄火、湍流与火焰相互作用等基础燃烧过程、揭示其中的燃烧机理,是开发新型替代燃料和高性能燃烧器的重要研究手段.然而,燃烧过程涉及的广泛时空尺度和复杂物理化学过程给其数值模拟带来了巨大挑战.为了实现燃烧过程的高效精确数值模拟,必须解决复杂化学反应机理导致刚性问题和数值求解方程过多的问题.本文介绍了复杂化学反应机理处理方法的研究进展、化学反应机理简化方法和自适应化学反应机理(针对复杂化学反应机理导致数值求解方程过多的问题)、几种常用的高效积分算法和降维/重构方法(针对复杂化学反应机理导致常微分方程组刚性问题).为了有效地模拟多尺度燃烧过程,接下来需要进一步发展和综合应用自适应网格技术、高效积分算法与自适应时间步长技术、化学反应机理简化与自适应化学反应机理技术、以及自适应物理/化学模型技术.     

反射式激光测速系统

设计一种用于气体炮的反射式激光测速系统.该系统不仅可以测量气体炮弹丸的着靶速度,而且还可以测量弹丸速度在碰撞过程中的连续变化.研究了该测速系统在工作过程中的功率衰减特性,分析了影响系统测量精度的主要因素,最后确定了该测速系统的测量不确定度优于1.0%.     

基于实测数据的西北地区风电场风场及尾流特性分析

基于西北地区某风电场2015—2016年的风速风向实测数据,分析了风电场风塔的尾流特性,并与现有风力机尾流模型进行了对比分析.在此基础上,对在远尾流场作用下的风速风向、湍流强度、湍流积分尺度、概率密度分布等风场特性进行了详细分析.研究结果表明:现有的Jensen模型、Park-Gauss模型与实际工程中多个尾流作用下的风电场尾流特性存在差异.在多风向多尾流叠加作用下,当风速大于10 m/s时,各风塔湍流强度随着平均风速的增长呈增大趋势,风电场内部风塔湍流强度在低湍流段更加集中,外围风塔湍流强度随平均风速的增大速率略快于内部风塔,而湍流积分尺度随平均风速的增大程度总体慢于内部风塔,且外围风塔实测风速更加接近高斯分布.     

气液两相流多尺度相干结构及其间歇性

小波分析用于流体力学的研究已有一定的进展,采用恒温热膜测速技术,以高于对应的最小湍流时间尺度分辨率,精细的测量了鼓泡塔内不同空间位置的瞬时气液两相流动速度信号。基于子波系数的瞬时局部平坦因子,提出用子波分析检测湍流多尺度相干结构的条件采样方法,以单气泡结构的相位平均波形为基础,对鼓泡塔内气液两相湍流场进行了研究。结果表明:鼓泡塔中气泡结构是两相湍流产生奇异性和间歇性的诱因,喷嘴出口区域的一定喷射锥角范围内,才有气泡结构,并受到对应的平坦因子及间歇性的影响。     

格栅湍流场湍流特性的数值模拟

目的为验证数值模拟方法对于求解格栅湍流场的可行性,研究格栅下游流场湍流特性的变化规律.方法运用计算流体动力学(CFD)技术,采用大涡模拟(LES)方法,对两种格栅的三维数值模型进行计算.结果对于格栅湍流场的湍流特性,数值模拟结果同风洞试验结果吻合良好,所得规律一致.随着距格栅距离的增加,流场的湍流强度呈指数下降趋势,湍流积分尺度呈线性增加趋势,脉动风功率谱形状保持一致,但总能量呈减小趋势.结论数值风洞作为分析格栅湍流场的一种新手段,具有结果可靠、灵活性强、成本低等优点.     

城市地区近地强风特性实测研究

对北京气象塔47 m高度处超声风速仪测得的强风样本进行了分析.结果表明:近地强风的湍流度和阵风因子较大,顺风向湍流度实测值大都在0.3以上,3个方向的湍流度有随着风速增大而减小的趋势.实测湍流积分尺度之比与Solari和Piccardo总结的经验公式有一定差别,顺风向湍流积分尺度与日本结构工程规范给定的结果相符.实测得到湍流功率谱密度与冯·卡门经验谱基本吻合,说明冯·卡门谱能够较好地描述北京城市地区近地强风的脉动风速谱特性.     

定容燃烧弹中预混湍流燃烧的数值模拟

发展了一种新型预混湍流燃烧的数值模型．该模型基于准维模型的基本思想,摒弃了湍流燃烧速度模型,以数值生成的湍流场对火焰前锋面的客观影响推动燃烧计算过程,消除了人为经验的作用．利用模拟得到的湍流速度场,实现了对火焰几何形状的二维模拟．利用该模型,计算和讨论了当量燃空比分别为０．９和０．７时,定容燃烧弹中预混湍流燃烧的特点,以及湍流强度和湍流标尺对燃烧的影响．模型的模拟结果和实验结果有很好的吻合性,这说明模型是合理的．     

高超声速流动中双尺度湍流模式的应用

论文研究了双尺度湍流模式,并对其在壁面附的近长度尺度进行了修正,选择四个基准流动－超声速和高超声速二维压缩拐角,锥柱裙组合体绕流和斜激波／平板湍流边界层干扰－进行了数据计算,数值计算和实验结果的比较表明修正双尺度湍流模式对流动分离,摩阻和热流的计算具有更好的效果。     

三维加力燃烧室湍流燃烧的数值模拟

本文对涡扇发动机三维加力燃烧室内的气相湍流燃烧过程进行了数值模拟。湍流模型采用标准ｋ－ｅ模型,湍流燃烧采用涡旋破碎（ＥＢＵ）模型,数值方法采用ＳＩＭＰＬＥ算法。计算结果定性合理。     

用特征时间燃烧模型模拟直喷式柴油机的燃烧

为了更好地模拟直喷式柴油机的喷雾及燃烧过程，对Kiva-3程序的喷雾和燃烧模型进行了改进，引入Kelvin-Helmholtz和Rayleigh-Taylor模型来模拟油滴破碎过程，采用改进的SheU自燃模型来模拟着火过程，为了综合考虑化学动力学和湍流对燃烧的影响，采用层流和湍流多重特征时间尺度燃烧模型来模拟燃烧过程．计算结果表明：在不同工况下计算所得的缸内压力、滞燃期和燃烧放热速率与实验结果吻合良好，着火点位于油束下游当量比略小于1的稀混合气区域；用改进的Kiva-3程序可以较好地研究直喷式柴油机的喷雾和燃烧过程，为进一步利用三维数值模拟计算来指导直喷式柴油机的参数优化奠定了基础。     

柴油机压缩过程紊流场规律的研究

在直喷式柴油机气缸和燃烧室中利用热线风速仪研究了紊流场的发展变化规律;在两种不同压缩间隙情况下对压缩过程中紊流场进行测量的结果表明,只有在压缩过程的初期及中期,紊流场才可以近似地当做均匀各向同性紊流场,而在循环的其它时间内,气缸和燃烧室内的紊流场属于非均匀各向异性的;通过对气缸和燃烧室中空气运动的力、能转换的分析,导出了上止点附近燃烧室内涡流转速的估算公式,利用该公式得到的结果与试验结果相当吻合。研究和探讨了燃烧室中空气涡流和紊流强度增加的原因及其影响因素。     

平面射流及平面射流火焰中拟序结构的实验研究

在设计和组建了二维平面射流及平面射流燃烧实验系统的基础上 ,对二维平面湍射流流场及平面湍射流燃烧场进行了流场显示实验研究。实验采用烟雾作为示踪粒子 ,由 He- Ne气体激光器产生的激光束经柱面镜后形成片光源实现对流场的照明。实验给出了不同射流伴流速度比下二维平面湍射流的流场显示图像 ,不同的射流发展阶段流场中的大尺度湍流拟序结构的形态及其发展演变情况以及射流燃烧场中湍流拟序结构的形态。实验同时表明 ,在射流燃烧情况下 ,火焰的存在使喷嘴出口处的流动层流化 ,并显著降低初始剪切层的增长     

关于湍流多尺度统计理论方法的论证

用黑河化音测站的实测风、温脉动资料对一种湍流多尺度统计理论方法进行了分析验证,并应用此方法通过对相关系数、湍流时间尺度、湍谱和扩散参数等湍流特征量的研究,分析了黑河戈壁地区的湍流微结构和扩散特征.结果表明:多尺度分析方法正适合研究具有多尺度特征的大气湍流现象,可以比传统方法提供更多的有关湍流属性的信息,能够更直观地表现出不同尺度湍涡对扩散作用的大小,是发展湍流统计理论的一种有效工具     

Premixed jet flame characteristics of syngas using OH planar laser induced fluorescence

Lean premixed flame characteristics of several typical low calorific value (LCV) syngases (basis CO/H2/CH4/CO2/N2),including bituminous coal,wood residue,corn core,and wheat straw gasification syngas,were investigated using OH planar laser induced fluorescence (PLIF) technology.OH radical distributions within the turbulent flame were measured for different turbulence intensities.Flame structures of syngases were analyzed and characterized with respect to burnt and unburnt regions,flame curvature (sharp cusp),local extinction (holes and penetration),OH reaction layer thickness,wrinkling,and other features,with OH-PLIF instantaneous images and statistical analysis.Results show that H2 content,LCV,and turbulence intensity are the most effective factors influencing the OH radical intensity and thickness of OH radical layers.The bituminous coal gasification syngas with relatively higher LCV and H2 content tends to burn out easily.Through changes in thickness of the OH radical layers and signal intensities,the reaction layer can be compressed by intensifying turbulence and thereby the combustion processes of syngas.     

湍流相干结构对边界层中标量扩散的影响

在大气边界层风洞和玻璃水槽中进行湍流边界层流动中的标量扩散模拟试验和机理研究．通过流动显示、湍流测量和频谱分析，已表明湍流边界层中的间歇现象在标量扩散过程中起着重要作用．烟雾在大气中的扩散、悬浮污染物质在河流中的扩散都属于湍流边界层中的标量扩散问题．在近源区，标量扩散主要受到各向异性湍流相干结构的影响，结果往往在近源区会出现局部的较高浓度的污染物质．采用流动显示和频谱分析相结合的研究方法，得到了在某些流动条件下的湍流相干结构时间和空间尺度近似值     

Premixed jet flame characteristics of syngas using OH planar laser induced fluorescence

Lean premixed flame characteristics of several typical low calorific value (LCV) syngases (basis CO/H2/CH4/CO2/N2),including bituminous coal,wood residue,corn core,and wheat straw gasification syngas,were investigated using OH planar laser induced fluorescence (PLIF) technology.OH radical distributions within the turbulent flame were measured for different turbulence intensities.Flame structures of syngases were analyzed and characterized with respect to burnt and unburnt regions,flame curvature (sharp cusp...