中等流速比不可压脉冲横向射流结构特性的实验研究

论文摘要

脉冲横向射流是一种复杂的多尺度流动形式,广泛应用于能源化工及航空航天领域,具有重要的理论研究和工程应用价值。目前对于横向射流的研究主要集中在穿透、掺混及扩散特性上,而对于脉冲横向射流宏观及微观多尺度结构及控制影响因素尚缺乏足够认识。鉴于此,本文综合使用激光诱导荧光(LIF)和粒子图像测速仪(PIV),在自行设计搭建的小型循环水洞上,对不可压的稳定及脉冲横向射流开展了实验测量,详细研究了流速比R=3、4、5,脉冲频率f=0.5、0.75、1,占空比α=35%、50%、65%、100%的脉冲横向射流宏观平均流场结构和微观湍流拟序结构特性。首先应用激光诱导荧光(LIF)方法,通过高速摄像对不同断面的稳定及脉冲横向射流瞬态结构进行了连续成像,得到了脉冲横向射流多尺度结构的演化发展特性;在此基础上,通过高分辨率粒子图像测速仪(PIV)测量得到了连续和脉冲横向射流的平均湍流统计量,包括平均速度、湍流耗散率等,以表征横向射流的穿透及掺混特性;接着,对PIV获得的瞬时速度场进行了本征正交分解(POD)处理,并结合拟序涡识别与提取算法,分析得到了横向射流中涡核大小和旋转强度的统计分布特性;最后,应用有限时间李雅普诺夫指数(FTLE)分析方法,提取到了横向射流中拉格朗日拟序结构(LCS),解析了横向射流中潜在的流体输运及掺混路径。结果表明,稳定横向射流中,宏观掺混区域主要分布于射流充分发展段及其后缘回流区,微观湍流拟序结构则主要分布于射流下游的近壁边界层和射流剪切层,其潜在输运路径包括了横流回流区域和射流前缘边界。加入脉冲调制后,横向射流穿透性和掺混性都显著增强,主要掺混区域由射流下游的充分发展段转移至喷嘴出口附近的射流剪切层,并且流场中的湍流拟序结构尺度增大、强度增强,与此同时射流下游近壁面附近的小尺度涡结构则逐渐消失,流体微元的输运掺混路径也逐渐集中到射流前后缘剪切层。最后,对比结果证明,占空比是脉冲横向射流的主要控制参数。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 横向射流研究背景
•   1.2 横向射流研究现状
•   1.3 本文研究内容
• 2 不可压横向射流实验台架及方法
•   2.1 实验台架介绍
•   2.2 实验方法及实验工况
•   2.3 实验数据的后处理方法
•   2.4 本章小结
• 3 横向射流的结构发展与演化分析
•   3.1 稳定横向射流的结构演化过程
•   3.2 脉冲横向射流的结构演化过程
•   3.3 本章小结
• 4 脉冲横向射流的多尺度结构特性及影响因素分析
•   4.1 稳定横向射流的结构特性和影响因素
•   4.2 脉冲横向射流的结构特性和影响因素
•   4.3 本章小结
• 5 全文总结与展望
•   5.1 全文总结
•   5.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1（攻读硕士期间发表的论文目录）

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 苏杭

导师: 栗晶,柳朝晖

关键词: 横向射流,脉冲射流,拟序结构,分相位

来源: 华中科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 力学

单位: 华中科技大学

分类号: O358

总页数: 86

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