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论文摘要

超音速两相混合层中颗粒弥散与响应机制的研究

硕士研究生：任兆欣

指导教师：王兵 副教授

所属院系：航天航空学院

论文摘要

        超音速两相混合层是超音速燃烧室内的典型流动。深入开展燃料颗粒在超音速混合层中的湍流弥散特性、颗粒对湍流的调制作用以及对混合层激波的响应特性的研究对探索超音速条件下燃料-氧化剂的混合过程以及燃料颗粒在超音速气流中的燃烧特性有重要的学术价值，也为超燃冲压发动机燃烧室的工程设计提供理论指导。

        实现了气相大涡模拟方法耦合颗粒Lagrange轨道模型的二维超音速两相混合层的数值模拟，成功预报了混合层中旋涡的演化过程，混合层厚度增长率、气相速度一阶矩和二阶矩与文献报道的实验结果符合良好，给出了颗粒相速度一阶矩与二阶矩统计结果，验证了数值方法和计算程序的准确性。

        对不同尺度颗粒的弥散特性研究表明，存在特定尺度颗粒（本文中颗粒Stokes数约为50），其弥散能力最强。小尺度与中尺度颗粒的倾向性分布表征为大量颗粒存在于旋涡边缘的低涡量区以及旋涡与旋涡之间的大变形薄层区。随着颗粒尺度的减小，颗粒加速能力以及与气体旋涡的掺混能力增强。颗粒相湍流强度的各向异性随颗粒尺度增大而变得明显，颗粒相雷诺切应力随尺度减小而增大，表明颗粒的掺混运动越剧烈。

        变化质载比和颗粒尺度影响湍流调制的研究表明，随着颗粒尺度的增加，调制作用与质载比的关联程度变弱。尺度越小的颗粒不仅对混合层发展的影响位置越提前，而且对混合层发展的抑制程度以及对气相速度一阶矩和二阶矩的调制作用越强。颗粒的倾向性聚集使得在质载比很小时颗粒也会影响湍流脉动强度。

        对斜激波影响下的不同尺度颗粒的弥散特性以及颗粒对激波作用后湍流混合层的动量与热量响应特性进行了研究。斜激波增强了中尺度颗粒的弥散范围而对微尺度和小尺度颗粒在气体旋涡的分布位置没有影响。相对动量平衡，超音速气流中两相的热量平衡在斜激波的影响下更难以实现。具有良好响应特性的微尺度颗粒与气相之间存在着流向速度和温度滑移，大尺度颗粒相对斜激波引起的气相动量与热量变化响应缓慢。

下一节:任兆欣答辩

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2014年清华大学研究生学位论文答辩（二）课程列表：

第1周 经管学院

-王鑫《国际化对中国工资差距的影响研究》

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第2周 化学系、金融学院、马院

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-段昊泓《单原子层铑片及铑基二元纳米晶的合成及其催化性能研究》

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第3周 工物系、自动化系、建筑学院

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第4周 建筑学院、航院、自动化系、计算机系、信研院

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-任兆欣《超音速两相混合层中颗粒弥散与响应机制的研究》

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第5周 环境学院、人文学院、物理系

- 哈米德《Methane Combustion over Lanthanum-based Perovskite Mixed Oxides》

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