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1、中圖分類號(hào)：V231.1論文編號(hào)：102870218-S027學(xué)科分類號(hào)：080701碩士學(xué)位論文橫向射流入射對(duì)噴管尾噴流紅外輻射及摻混特征的影響研究研究生姓名李經(jīng)警學(xué)科、專業(yè)工程熱物理研究方向傳熱傳質(zhì)指導(dǎo)教師張勃副教授南京航空航天大學(xué)研究生院能源與動(dòng)力學(xué)院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofEnergy&PowerEngineeringTheInfraredRadiationandMixingEnhancementCharacteristics
2、ofNozzlePlumesinfluencedbyCross-flowAThesisinThermalPhysicsEngineeringbyLIJingjingAdvisedbyAssociateprofessorZhangBoSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承諾書本人聲明所呈交的碩士學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究
3、成果，也不包含為獲得南京航空航天大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。本人授權(quán)南京航空航天大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。（保密的學(xué)位論文在解密后適用本承諾書）作者簽名：日期：南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要論文針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴流紅外抑制技術(shù)，在尾噴口下游引入橫向射流，從而強(qiáng)化尾噴流的摻混和紅外抑制效果。針對(duì)橫流入射方式，頻率變化以及其與主流頻率的匹配關(guān)系進(jìn)行了數(shù)值分析與實(shí)驗(yàn)研究。首先從尾噴流核心區(qū)長度、高溫區(qū)域面積、3~5μm波段紅外輻射強(qiáng)度等方面對(duì)其宏觀效果進(jìn)行了比較分析
4、，進(jìn)一步利用大渦模擬算法，從橫向射流穿透卷吸深度、擬序結(jié)構(gòu)發(fā)展過程、雷諾剪切應(yīng)力瞬態(tài)變化特征等角度分析了橫向射流注入后對(duì)摻混特性的影響規(guī)律，初步揭示了橫向射流在不同入射形式下對(duì)尾噴流流動(dòng)摻混和紅外輻射特征的影響機(jī)制，最后通過實(shí)驗(yàn)對(duì)不同條件下尾噴流速度場(chǎng)分布及橫流入射后雷諾剪切應(yīng)力的變化驗(yàn)證了本文數(shù)值模擬結(jié)果。研究結(jié)果表明：（1）與軸對(duì)稱噴管相比，圓轉(zhuǎn)矩噴管尾噴流速度衰減快，核心區(qū)長度、高溫區(qū)面積以及在不同探測(cè)面的紅外輻射強(qiáng)度均有減??；擬序結(jié)構(gòu)發(fā)展和剪切層內(nèi)雷諾剪切應(yīng)力變化說明射流流場(chǎng)中渦旋發(fā)展耗散速度快、速度邊界層脈動(dòng)強(qiáng)、射流柱易失穩(wěn)等因素是導(dǎo)致射流核心區(qū)長度減小
5、，摻混增強(qiáng)的內(nèi)在原因。（2）橫向射流注入后，尾噴流核心區(qū)長度與高溫區(qū)域面積有明顯減小，紅外抑制效果也進(jìn)一步提高。橫向射流強(qiáng)化摻混的機(jī)制是誘導(dǎo)出CVP結(jié)構(gòu)（反向旋轉(zhuǎn)渦對(duì)），其使得流場(chǎng)渦旋發(fā)展耗散速度加快，剪切應(yīng)力峰值與帶寬也隨之增加，有效地增強(qiáng)了流場(chǎng)的能量耗散效率和射流剪切層的脈動(dòng)特征；而CVP結(jié)構(gòu)的作用效果與其穿透深度成正相關(guān)，卷吸穿透越深，剪切層脈動(dòng)就越劇烈，強(qiáng)化摻混效果越好，且CVP結(jié)構(gòu)的渦旋強(qiáng)度和穿透深度隨橫流入射動(dòng)量比的增大而增加。（3）橫向射流穩(wěn)態(tài)入射結(jié)果表明，橫流入射孔形狀變化對(duì)強(qiáng)化摻混和紅外抑制效果的影響很大，矩形孔強(qiáng)化效果最好，方孔其次，圓孔最弱，
6、這是由于孔的幾何形狀的變化強(qiáng)化了渦旋的擴(kuò)展范圍和耗散速度。且橫流孔排列方式的結(jié)果也說明，就軸對(duì)稱噴管而言，橫流垂直對(duì)稱兩股入射的摻混效果最好，其高溫核心區(qū)長度、面積以及3~5μm波段紅外輻射強(qiáng)度均最小，單股入射次之，而周向四股入射效果最差；圓轉(zhuǎn)矩噴管模型的研究結(jié)果也表明，橫向射流寬邊入射時(shí)的強(qiáng)化摻混效果強(qiáng)于窄邊入射，同樣是垂直對(duì)稱兩股入射強(qiáng)于單股入射，周向四股入射的摻混效果較差。（4）橫向射流脈動(dòng)入射結(jié)果表明，在本文模擬范圍St≤0.25，橫流脈動(dòng)入射的強(qiáng)化摻混效果好于穩(wěn)態(tài)入射模型，且隨橫流脈動(dòng)頻率f的增加，摻混進(jìn)一步增強(qiáng)；擬序結(jié)構(gòu)說明橫流脈動(dòng)入射會(huì)強(qiáng)化射流柱的不
7、穩(wěn)定振蕩模式，在射流柱出口近場(chǎng)會(huì)存在一個(gè)速度剪切層劇烈脈動(dòng)的區(qū)域，i橫向射流入射對(duì)噴管尾噴流紅外輻射及摻混特征的影響研究這導(dǎo)致橫流產(chǎn)生的CVP結(jié)構(gòu)向內(nèi)卷吸穿透的范圍更大更深；在多股橫流脈動(dòng)入射時(shí),其相位差的優(yōu)化匹配有利于進(jìn)一步強(qiáng)化摻混。（5）與橫流穩(wěn)態(tài)入射和橫流單一脈動(dòng)入射模型相比，橫流與尾噴流耦合脈動(dòng)入射時(shí)的強(qiáng)化摻混和紅外抑制效果會(huì)進(jìn)一步提高，這是由于耦合脈動(dòng)入射使得核心區(qū)內(nèi)的渦旋更豐富，結(jié)構(gòu)更不規(guī)則，渦旋更易纏繞搭接，耗散率更高。（6）使用熱線風(fēng)速儀在幾何、流動(dòng)相似條件下開展試驗(yàn)，得到了軸對(duì)稱噴管、二元噴管、軸對(duì)稱單股入射噴管的尾噴流速度場(chǎng)、剪切應(yīng)力分布情況，
8、表明了上述
