Journal of Zhejiang University

Current Issue: <JZUS-A>

Journal of Zhejiang University-SCIENCE A (Applied Physics & Engineering)

ISSNs 1673-565X (Print); 1862-1775 (Online); CN 33-1236/O4; started in 2000,Monthly.

JZUS-A is a peer-reviewed physical and engineering journal, indexed by SCI-E, Ei Compendex, INSPEC, CA, SA, JST, AJ, ZM, CABI, ZR, CSA, etc. It mainly covers research in Applied Physics, Mechanical and Civil Engineering, Environmental Science and Energy, Materials Science and Chemical Engineering, etc.

Impact factor: 0.408 (2011), 0.527 (2012), 0.608 (2013), 0.882 (2014), 0.941 (2015), 1.214 (2016), 1.215 (2017), 1.369 (2018).

Journal of Zhejiang University SCIENCE A

ISSN 1673-565X(Print), 1862-1775(Online), Monthly

2020 Vol.21 No.9 P.695-782

Cover:

<648>

Contents:

<814>

<<< CONTENTS >>>

Special Issue (Part II) on the Mixing and Combustion in Supersonic/Hypersonic Flows

Guest Editor-in-Chief: Wei HUANG

Guest Editors: Jun-tao CHANG, Li YAN

Articles

Efficient WENOCU4 scheme with three different adaptive switches

Liang Li, Hong-bo Wang, Guo-yan Zhao, Ming-bo Sun, Da-peng Xiong, Tao Tang

DOI: 10.1631/jzus.A2000006 Downloaded: 2336 Clicked: 3041 Cited: 0 Commented: 0(p.695-720) <Full Text> <PPT> 1707

Chinese summary <26> 三種不同自适應開(kāi)關的高效WENOCU4格式研究

目的:現有研究尚未提供WENOCU4格式中(zhōng)參數C的建議值.本文旨在根據流場特性自适應地調節參數C的量級從而提高格式的數值表現. 爲此,通過廣泛的數值模拟以提供自适應參數C的參考值,并系統地評估三種能夠自适應調節參數C的開(kāi)關的性能,測得綜合表現最佳的開(kāi)關,進而爲獲得高階WENO改進型格式提供參考.
創新點:1. 提供了高效WENOCU4格式的自适應參數C的參考值; 2. 系統地評估了三種自适應開(kāi)關(二進制型、連續型和雙曲正切型)的性能,并證實了二進制型開(kāi)關的最佳表現.
方法:1. 通過理論分(fēn)析,系統研究三種自适應開(kāi)關的原理和性能特點; 2. 通過廣泛的數值模拟(包括一(yī)維标量方程、經驗色散關系和多維歐拉方程的标準算例),獲得自适應參數C的參考值并驗證其合理性; 3. 通過廣泛的數值模拟,系統評估三種自适應開(kāi)關的綜合表現(包括數值色散和耗散特性以及計算效率),并獲得綜合性能最佳的自适應開(kāi)關.
結論:1. 對于高效WENOCU4格式而言,本研究證實了C_min=40和C_max=400是合理的自适應參數C的參考值,因此不應該直接采用WENOCU6的原始建議值. 2. 根據流場的連續性,采用自适應的參數C可以在保證數值穩定性的同時,有效地抑制WENOCU4的數值耗散. 3. 相比于其它開(kāi)關,二進制型開(kāi)關的綜合表現最佳;其能夠過濾激波感知(zhī)器在光滑區域的一(yī)些誤判,構造簡單,且計算效率較高. 4. 本研究對三種自适應開(kāi)關的評估具有一(yī)般性,因此易于拓展到其它高階WENO格式的改進工(gōng)作中(zhōng).

關鍵詞組：WENOCU4; 激波捕捉格式; 自适應開(kāi)關; 數值魯棒性; 耗散性

Operational mode transition in a rotating detonation engine

Zhi-di Lei, Zheng-wu Chen, Xiao-quan Yang, Jue Ding, Pei-fen Weng

DOI: 10.1631/jzus.A1900349 Downloaded: 2006 Clicked: 2571 Cited: 0 Commented: 0(p.721-733) <Full Text> <PPT> 1376

Chinese summary <29> 旋轉爆轟波傳播模式自發改變過程研究

目的:提出一(yī)種預測爆轟波傳播模式自發改變的方法.
創新點:1. 揭示了流場内新爆轟波産生(shēng)的機制; 2. 基于接觸面化學反應特征時間提出了無量綱參數N_L,可作爲分(fēn)析旋轉爆轟流場穩定性的判據.
方法:以數值模拟爲手段,應用基元反應建立化學非平衡流動的數學物(wù)理模型,開(kāi)展旋轉爆轟波傳播穩定性研究.
結論:1. 分(fēn)界面化學反應是引起爆轟波傳播模式自發轉變的原因之一(yī); 2. 提出的無量綱參數N_L可以将模式轉變與爆轟波數聯系起來.

關鍵詞組：旋轉爆轟發動機; 基元反應; 多波傳播模式; 爆轟穩定性

Performance of rotating detonation engine with stratified injection

Zhi-di Lei, Xiao-quan Yang, Jue Ding, Pei-fen Weng, Xun-nian Wang

DOI: 10.1631/jzus.A1900383 Downloaded: 2116 Clicked: 2996 Cited: 0 Commented: 0(p.734-744) <Full Text> <PPT> 1423

Chinese summary <28> 旋轉爆轟發動機中(zhōng)的燃料分(fēn)層噴注方法

目的:通過優化燃料噴注,提高旋轉爆轟發動機的推進穩定性和推進效率.
創新點:提出了燃料分(fēn)層噴注的新方法,降低了燃料提前燃燒比率和燃燒室平均溫度,進而有效地提高了旋轉爆轟波的穩定性和發動機的比沖.
方法:以數值模拟爲手段,應用基元反應建立化學非平衡流動的數學物(wù)理模型,開(kāi)展發動機推進性能優化研究.
結論:1. 研究證實了燃料的提前燃燒現象是發動機推進性能的損失機制之一(yī); 2. 提出的燃料分(fēn)層噴注方法可以有效提高燃料以爆轟形式組織燃燒的比例,并提高發動機比沖.

關鍵詞組：旋轉爆轟發動機; 燃料噴注模式; 推進性能; 推進穩定性

Hypersonic flow control of shock wave/turbulent boundary layer interactions using magnetohydrodynamic plasma actuators

Hao Jiang, Jun Liu, Shi-chao Luo, Jun-yuan Wang, Wei Huang

DOI: 10.1631/jzus.A2000025 Downloaded: 2281 Clicked: 3160 Cited: 0 Commented: 0(p.745-760) <Full Text> <PPT> 1725

Chinese summary <25> 高超聲速激波/湍流邊界層幹擾電磁控制研究

目的:臨近空間中(zhōng)下(xià)層巡航的新一(yī)代高超聲速飛行器面臨着高馬赫數激波/湍流邊界層幹擾的問題.本文旨在探讨磁場/電弧放(fàng)電耦合作用因素(焦耳熱作用、放(fàng)電參數、磁場強度、電弧作用流向位置和壁面距離(lí)等)對高馬赫數工(gōng)況下(xià)激波/湍流邊界層幹擾控制的影響,并提出激波/湍流邊界層幹擾洛倫茲力控制能力的參數表征,以揭示電磁控制的原理和能力.
創新點:1. 建立低磁雷諾數假設下(xià)的激波/湍流邊界層幹擾數值模拟方法,對高超聲速激波/湍流邊界層幹擾進行電磁控制,總結分(fēn)析控制類型與控制機理,并根據仿真結果提出最佳控制參數建議. 2. 建立針對激波/湍流邊界層幹擾的磁控能力預測參數,以指導高超聲速飛行器典型激波/湍流邊界層幹擾的磁控設計.
方法:1. 建立低磁雷諾數假設下(xià)的激波/湍流邊界層幹擾數值模拟方法,并分(fēn)别對電磁力控制邊界層、激波/湍流邊界層幹擾和湍流邊界層速度剖面進行計算,驗證使用方法的可靠性和有效性. 2. 采用相關實驗的電磁激勵器的半經驗模型,對二維穩态假設下(xià)的激波入射平闆進行數值模拟,并研究電磁輸入參數對分(fēn)離(lí)區大(dà)小(xiǎo)的影響. 3. 通過理論分(fēn)析,建立針對激波/湍流邊界層幹擾的磁控評價參數,并通過不同磁控強度下(xià)的數值仿真進行驗證.
結論:1. 四種電磁控制類型的控制機理和控制效果不同;電磁控制區位于分(fēn)離(lí)泡内的等壓區且距離(lí)壁面越近對減弱激波/湍流邊界層幹擾分(fēn)離(lí)的效果越好. 2. 電磁控制後等壓區壓力梯度與外(wài)加電磁力處于同一(yī)量級且呈近似線性關系. 3. 本文所提出的磁控參數的物(wù)理意義更加明确,可進一(yī)步應用于對不同工(gōng)況下(xià)激波/湍流邊界層幹擾分(fēn)離(lí)控制的預測.

關鍵詞組：高超聲速; 激波/湍流邊界層幹擾; 磁流體(tǐ); 流動控制

Influence of angle of attack on a combined opposing jet and platelet transpiration cooling blunt nose in hypersonic vehicle

Bin-xian Shen, Hong-peng Liu, Wei-qiang Liu

DOI: 10.1631/jzus.A1900514 Downloaded: 1959 Clicked: 2546 Cited: 0 Commented: 0(p.761-769) <Full Text> <PPT> 1529

Chinese summary <25> 高超聲速飛行器逆向射流與層闆發汗組合熱防護的攻角特性分(fēn)析

目的:采用層闆發汗技術改善高超聲速飛行器在攻角飛行時迎風面逆向射流的熱防護性能.
創新點:1. 提出逆向射流與層闆發汗組合熱防護方案用于高超聲速飛行器的熱防護; 2. 采用層闆發汗技術改進高超聲速飛行器在大(dà)攻角飛行時熱防護失效的不足.
方法:1. 設計逆向射流與層闆發汗組合熱防護鈍頭體(tǐ)模型(圖1); 2. 通過數值計算方法對比逆向射流與層闆發汗組合熱防護在不同攻角飛行時的流場結構和激波特性(圖6~8); 3. 通過數值計算方法獲得逆向射流與層闆發汗的組合熱防護特性(圖9~12).
結論:1. 在攻角飛行時,來流與射流方向發生(shēng)偏離(lí),且迎風面的再壓縮激波增強; 2. 随着攻角的增加,迎風面受熱加劇,且當攻角增加到一(yī)定程度時,逆向射流熱防護失效; 3. 采用組合熱防護系統時,發汗流的引入可以改善再附區近壁面區域的熱環境,從而減少壁面的熱流.

關鍵詞組：熱防護; 逆向射流; 層闆發汗; 攻角

Design methodology of an osculating cone waverider with adjustable sweep and dihedral angles

Shao-hua Chen, Jun Liu, Wei Huang, Feng Ding

DOI: 10.1631/jzus.A2000020 Downloaded: 2100 Clicked: 2565 Cited: 0 Commented: 0(p.770-782) <Full Text> <PPT> 1592

Chinese summary <22> 後掠角及反角可控的吻切錐乘波體(tǐ)設計方法

目的:在飛行器設計中(zhōng),後掠角及反角會對飛行器的升阻比及橫向靜穩定性帶來影響. 本文基于吻切錐乘波體(tǐ)設計方法,将後掠角及反角引入到乘波體(tǐ)的設計過程中(zhōng),以期實現吻切錐乘波體(tǐ)後掠角及反角的可控設計.
創新點:1. 通過理論推導建立後掠角及反角與吻切錐乘波體(tǐ)設計中(zhōng)前緣線在水平面投影型線以及激波底部型線的關系; 2. 通過數值計算,研究後掠角及反角研究對吻切錐乘波體(tǐ)升阻比及橫向靜穩定性的影響.
方法:1. 引入基于水平投影型線的吻切錐乘波體(tǐ)設計方法,給出一(yī)種前緣點求解方案(圖2和4); 2. 通過理論推導,構建設計參數(後掠角與反角)與乘波體(tǐ)設計輸入型線的關系(公式(10)和(11)); 3. 通過數值模拟,驗證設計方法的可行性和有效性(圖14和15),以及分(fēn)析非設計點和設計點下(xià)後掠角及反角對乘波體(tǐ)升阻比及橫向靜穩定性的影響(圖17~19,21~23).
結論:1. 考慮到最大(dà)升阻比,後掠角僅在亞音速和跨/超音速時對升阻比起作用,在高超音速時其影響幾乎可以忽略; 2. 在高超音速時,反角會對升阻比産生(shēng)影響; 3. 對于乘波器的設計,考慮橫向靜穩定性時,反角比後掠角更重要; 4. 下(xià)反角有利于橫向靜穩定性.

關鍵詞組：吻切錐乘波體(tǐ); 前緣線水平投影型線; 後掠角; 反角; 升阻比; 橫向靜穩定性