超声速流场PIV速度场测量技术研究

摘要

针对飞行马赫数5.5、入口来流马赫数2.52、总温1486K、总压1.6MPa的超声速来流条件，本文主要研究超燃冲压发动机的超声速燃烧流场速度场测量，解决了粒子浓度、粒子撒播均匀性、高温辐射火焰干扰等问题。通过采用PIV、高速摄影、纹影等流场测量手段，对高总温流场速度场测量和乙烯燃烧流场速度场测量开展了研究工作，并通过提取流场 X、Y截面的速度型对所测的速度场流场进行了流场分析。
　　首先使用 PIV技术开展了高总温速度场测量，解决了粒子撒播均匀性和粒子浓度等问题，通过在酒精中添加纳米粒子的方法实现粒子的均匀撒播，通过不断调节加热器酒精罐中纳米粒子和酒精的比例解决粒子浓度的问题，研究表明：加热器酒精中粒子浓度的调配至关重要，它会影响流场计算的正确性和均匀性；由此方法测出的高总温速度场主流区域速度为1200m/s量级；提取了高总温流场不同时刻不同位置的 X、Y截面速度型，对流场结构进一步分析，得到边界层速度呈梯状分布，距离壁面2mm位置的速度大小在500m/s量级。主流区域速度场大小在Y方向分层次。
　　其次使用 PIV技术开展了超声速燃烧流场速度场测量，解决了粒子撒播均匀性、粒子浓度和高温辐射火焰干扰等问题，通过在酒精中添加纳米粒子的方法实现粒子的均匀撒播，通过不断调节加热器酒精罐中纳米粒子和酒精的比例解决粒子浓度的问题，通过在相机镜头前加滤光片解决高温辐射火焰的干扰。针对燃料喷注当量比以及喷注位置进行了实验研究，喷注位置距离凹腔前缘30mm进行了乙烯当量比为0.26和0.36的燃烧速度场测量，喷注位置距离凹腔前缘10mm进行了乙烯当量比为0.26和0.36的燃烧速度场测量，在距离凹腔前缘30mm和10mm同时喷注进行了乙烯当量比为0.36的燃烧速度场测量。并提取不同时刻不同位置的X、Y截面速度型进行速度场分析。
　　最后分析了燃料喷注当量比对流场结构的影响以及燃料喷注距离对流场结构的影响，根据速度云图对比以及 X、Y截面速度型分析了燃料喷注当量比以及燃料喷注距离对射流尾迹区大小、射流尾迹区位置、射流尾迹区速度波动、边界层厚度、边界层速度、流场连续性、流线偏折度等方面的影响。

目录

声明

符 号 表

第一章 绪论

1.1研究背景与研究意义

1.2研究进展

1.3论文主要研究内容

第二章 试验系统与测量系统

2.1超声速燃烧试验系统

2.2流场测量技术

2.3数值模拟方法

第三章 超声速气流中高总温流场速度场测量研究

3.1实验方案

3.2 高总温流场速度场测量

3.3高总温流场速度场分析

3.4本章小结

第四章 超声速气流中燃烧流场速度场测量研究

4.1实验方案

4.2乙烯燃烧流场速度场分析

4.3数值仿真速度场分析

4.4燃料喷注方案对燃烧流场结构的影响

4.5本章小结

总结和展望

本文主要创新点

以后工作的开展

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果