人射和反射激波与火焰相互作用的实验和数值显示

以等物质的量比的甲烷／空气为研究对象，利用YA-16多闪光高速照相机对火球在入射激波及其反射激波作用下的变形进行了实验研究．基于带化学反应的二维轴对称Navier-Stokes方程，采用带有Superbee限制函数的波传播算法，对该现象进行了数值模拟，并用计算光学对数值结果进行了处理，得出的计算阴影图和实验阴影照片比较吻合．结果表明，火球在入射激波的作用下，出现了Richtmyer-Meshkov不稳定、斜压效应和Helmholtz不稳定，导致火球不断变形，在局部区域还出现了湍流，加剧了燃烧．随后，反射激波再次作用火球，加速火焰变形的同时，还使火球在波后高能量的可燃气中剧烈燃烧，湍流强度也大幅度增加，同时由于壁面的限制，使得火球发展呈蘑菇云形状．而激波穿越火焰时，轴线上的激波强度也会得到加强．     

激波与火焰相互作用的化学动力学模拟

利用改进的Van Leer格式,通过求解带化学反应的Euler方程,对CH4/O2/N2混合气中激波与火焰相互作用过程进行了二维数值模拟,其中使用了CH4/O2/N2的化学动力学反应机理描述化学反应过程.计算结果与实验结果进行了比较,定性上符合得较好.讨论了不同激波Mach数和不同初始组分对激波导致火焰失稳的影响,结果表明激波Mach数的增加或初始混合气中CH4和O2的增加会促进火焰的变形、膨胀、乃至爆轰.从化学反应速率的角度揭示高反应活性的混合气能够加速反应体系的反应速率,促使火焰在变形的同时,加快燃烧过程并向爆轰状态转变.     

激波与火焰相互作用过程的实验研究与数值模拟

在长4.8m、截面为60mm×60mm的卧式激波管中,进行激波与火焰相互作用过程的实验研究。利用YA16高速摄影仪拍摄了该过程的照片,显示了激波作用下火焰的失稳、变形和破碎。基于带化学反应的NavierStokes方程和有关热力学和反应动力学数据,利用改进的VLS格式,对该过程进行了数值模拟。根据实验和数值计算结果,讨论了火焰稳定性和漩涡生成机理,且理论计算与实验结果较为一致。     

激波与堆积粉尘相互作用

实验中利用带示踪粒子的X光脉冲摄影和阴影摄影技术,成功拍摄了激波与堆积粉尘作用后粉尘内部的波系图像和波后卷扬粉尘云的形状,进而测得入射激波倾斜角、透射激波倾斜角和波后物质界面折射角。在此基础上,利用相关理论对该流场进行分析,确定出该堆积粉尘状态方程中中的待定系数。计算结果与测试结果符合较好。     

水激波聚焦的数值实验

本文利用二阶精度的双特征方法的数值格式,对水激波聚焦过程完成了迄今最好的数值模拟实验。十分值得注意的是数值模拟中揭示的气蚀与实验结果完全吻合。     

斜激波与边界层的相互作用

本文在[二]中给出斜激波与边界层间之相互作用的外部解,在这个外部解,是由三个因素产生的,即(1)边界层不存在时,直线驻激波的压强变化,(2)凹壁边界层为一线性微扰而产生的压强变化,(3)凹曲壁边界层对激波波形的影响。     

绕射激波和反射激波冲击下的Richtmyer-Meshkov不稳定性

利用高速纹影和平面片光测试技术,实验研究低马赫数入射激波绕圆柱体后冲击N2/SF6平面界面,以及来自固壁的反射激波再冲击过程的R-M不稳定性特征.在竖直激波管采用重气体尾部充入,轻气体上部充入,狭缝流出的方式,在实验段狭缝处生成准静止稳定的N2/SF6平面界面.激波与圆柱作用后的流场是复杂的,包括初始的入射波、弯曲反射波、马赫波、由马赫反射产生的滑移线.研究这些复杂流场对界面的作用,对认识界面扰动的生成具有较大帮助.与平面激波作用不同的是,在柱体绕射后的激波冲击下,界面会生成局部扰动.实验结果显示,入射激波作用下界面宽度增长缓慢,而反射激波再冲击后,局部扰动会产生大的"尖钉"和"气泡"结构;反射激波与边界层相互作用产生壁面涡,会加剧湍流混合区的增长;来自尾部固壁的反射稀疏波会再次加剧湍流混合区的增长.     

激波的反射与绕射

本文研究二维激波的绕射和反射问题。从一组偏微分方程组出发，采用任意四边形网格下的Ｇｏｄｕｎｏｖ有限差分格式实验计算了激波绕山体的运动，得到流体速度场和压力场，给出绕射激波的形成，反射波的空间形状和压力分布等值线，数值模拟结果是满意的，符合实际观察到的物理特性。本文结果可提供工程设计和安全防护的依据。     

数值模拟入射斜激波／平板湍流边界层干扰流动

应用GAO-YONG可压缩湍流模型数值计算了入射斜激波／平板湍流边界层相互干扰现象。计算程序中的对流项、扩散项分别采用AUSM格式和中心差分格式离散,并用多步Runge-Kutta显式时间推进法求解空间离散后的控制方程。计算中包含了无分离流动、初始分离流动以及较大分离流动等多个情况,比较了平板壁面压力、法向平均速度剖面、壁面摩阻系数Cf以及壁面斯坦顿数St等的计算结果与实验值。结果发现：GAO-YONG可压缩湍流模型能够很好地预测入射斜激波／平板湍流边界层相互干扰下的无分离以及小分离流动,对高马赫数下的大分离流动也能得到较合理的结果,但再附点之后的壁面摩阻系数以及斯坦顿数的计算值不够理想。     

运动激波和气泡(串)相互作用的三维数值模拟

对激波和气泡（串）相互作用诱导的大变形界面演化进行了三维数值研究.采用2阶迎风TVD求解欧拉方程得到流场解,采用5阶WENO求解Level Set方程追踪多流体界面.在三维情况下,采用GFM确定界面边界条件.将速度分量分别外推,再沿法线分解,得到伪流体切向速度分量,给出了不同时刻运动激波和气泡（串）作用后的压力、密度云图分布图像.计算结果表明：采用速度分量外推方法适合三维界面边界条件处理,并与二维情况下切向速度直接外推的计算结果兼容,验证了切向速度外推方法的正确性.该方法模拟多个流体界面也是有效的,得到了高分辨率的三维变形界面.     

水雾与顶棚射流火焰相互作用的数值模拟分析

针对隧道内重型车辆起火,在考虑不同起火高度的情况下,通过计算流体动力学软件Fluent对隧道火灾中形成的顶棚射流火焰的燃烧特性及其与水雾的相互作用进行了数值模拟研究。研究发现,在浮力卷吸的影响下,起火高度越低,烟气层厚度越厚;水雾可以有效地降低顶棚射流火焰温度,能够抑制火焰,但水雾受重力作用,在顶棚射流火焰中未完全蒸发的液滴将进入冷空气层,水雾的吸热作用并不能得到充分的发挥;水雾施加带来的湍流作用,引起了可燃蒸气与空气的混合,增加了烟气层厚度,这将会对人体造成致命的伤害,影响人员疏散。     

碳酸二甲酯层流火焰特性的实验和数值研究

在定容燃烧弹上,利用高速纹影摄像系统对碳酸二甲酯(DMC)的预混层流燃烧特性进行了研究,获得了不同温度、压力和当量比下的层流燃烧速度、马克斯坦长度和胞状结构的临界半径,同时对火焰不稳定性进行了理论分析。研究表明:层流燃烧速度随当量比的增加先提高后下降,在当量比为1.1时达到峰值;层流燃烧速度随初始温度的升高而提高,随初始压力的增加而降低;马克斯坦长度、临界火焰半径随当量比和压力的增加而减小,表明火焰不稳定性随初始压力和当量比的增加而增强;临界贝克来数Pe随当量比的增加而减小。利用Chemkin软件对预混层流燃烧速度进行了数值模拟,结果显示,Glaude机理对DMC层流燃烧速度的模拟值与实验测量值有较大偏差,表明该机理不能很好地预测DMC的层流燃烧速度。     

激波与复杂几何边界的作用及显示

采用自适应的非结构网格方法模拟了激波与多孔斜板作用、激波与并列排放的倾斜翼型作用及诱导涡列的运动、单个诱导涡被薄板切割等几种模型下的一系列复杂现象．在计算结果的的处理上采用干涉条纹显示方式,得到了与实验照片非常一致的结果     

变截面激波管中激波运动规律的初步数值研究

利用有限差分方法求解变截面激波管中存在激波的二维流体流动问题。着重研究初始流场为静止和超音速两种情形。分析讨论所得计算结果,并和已有实验结果进行了比较。     

气体动力学零压流的狄拉克激波和真空相互作用的数值分析

 通过数值模拟,对气体动力学一维零压流,分析了δ-激波、真空状态和接触间断之间的相互作用,包括4种不同的黎曼解结构,反映了质量集中且增加、气穴压缩和膨胀的现象.进一步对等熵流Euler方程组,展示了随着压力的衰减,这些结构和现象形成过程的信息.     

对平面激波的数值研究

从数学分析的角度，定量地研究造成平面激波脱体的物理条件。将来流Mach数M1、壁面转折角δ以及激波角β所满足的函数关系式转换为代数方程，建立完整的平面激波激波角的数值计算方法，给出激波前后气流物理量的变化关系。     

激波聚焦问题的CCW数值解

应用Chisnell-Chester-Whitham(CCW)方法的一种离散格式简单而成功地完成了激波聚焦问题的一些数值解。     

等离子体合成射流激波-激波干扰控制数值模拟

为了减弱高超声速飞行器头激波和侧翼前缘激波的干扰，建立了等离子体合成射流对高超声速飞行器激波\|激波干扰控制的仿真模型，分析了等离子体合成射流激波-激波干扰控制的流场特性，探究了等离子体合成射流进行高超声速飞行器激波-激波干扰控制的效果,开展了激励器安装位置以及激励器注入能量的参数影响研究。研究表明：等离子体合成射流产生的弓形激波能使头激波抬起一定角度，减小头激波和侧翼前缘激波干扰，达到控制激波-激波干扰区热流和压力的效果；随着出口距离的增大，对热流和压力的控制效果先增大后减小；在一定范围内，注入能量越高，控制效果越好。     

激波与不同形状界面作用的数值模拟

该文数值研究了激波与不同形状界面相互作用下的Richtmyer-Meshkov不稳定性发展．数值方法采用自适应的非结构四边形网格来精细刻画界面的演变．在激波Ma=1．2,界面内为sR气体的条件下,通过数值模拟激波与矩形、三角形以及椭圆界面相互作用的过程,分析并对比了这3种形状界面的波系、涡量和界面演变．结果表明,在激波作用下,不同形状流体界面的波系结构是不同的,主要表现在波系的形状以及发展两方面．此外,各种形状界面涡量的产生、分布和大小也有所不同,进而导致各种形状界面演变过程也有一定差异,因此不同形状的流体界面引起的Richtmyer-Meshkov不稳定性有不同的机理．     

含强激波二维流动的高分辨率数值模拟

采用A.Harten的高分辨率总交差不增(TVD)格式,对激波反射问题和带有台阶的二维风洞中高超声速绕流问题进行了数值模拟。计算结果表明:TVD格式比传统的数值格式如Godunov,BBC,Muscl,及PPM等有较高的激波分辨率,且伪振荡小。