超声速气流中微型涡流器诱导下的燃料射流流场设计优化与混合增强机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11502291
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0903.空气动力学
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2018-12-31

项目摘要

The interactional mechanism between the fuel injection, the wave system and the vortex structure induced by the vortex generator has a great impact on the mixing augmentation process in scramjet engines. The fuel injection mixing enhancement mechanism induced by the vortex generator in supersonic flows has been investigated by the hybrid LES/RANS method and the NPLS technique, and the influences of the geometrical parameters of the vortex generator and the fuel injector configuration on the mixing process have been analyzed as well. Then, the important factors which affect the mixing efficiency between the fuel and the supersonic airflow have been obtained. Based on the researches mentioned above, the fuel injection flow field induced by the vortex generator has been optimized and explored by the multiobjective dynamical particle swarm optimization algorithm based on the Kriging surrogate model and the self-organizing mapping neural network. At last, the interactional mechanism between the shock wave train, the separation flow and the fuel injection with the high back pressure has been investigated by the hybrid LES/RANS approach and the high speed schlieren photography technique, and this is very important for the investigation of the jet mixing properties under the combustion condition.
涡流发生器诱导下的波系与漩涡结构和燃料射流之间的交互作用机制在超声速燃烧中能起到混合增强作用。结合混合LES/RANS数值模拟方法和NPLS实验技术研究超声速气流中涡流发生器诱导下的燃料射流混合增强机理,探索涡流发生器结构参数和燃料喷孔形状对混合过程的影响,分析影响燃料与超声速来流之间混合效率的关键因素。在此基础上,结合基于Kriging代理模型的多目标动态粒子群优化算法和自组织映射神经网络实现对涡流发生器诱导下的燃料射流流场设计优化与数据挖掘。最后,结合混合LES/RANS数值模拟方法和高速纹影实验技术研究高反压下激波串与分离流动和燃料射流的相互作用机制,这对研究燃烧状态下的射流混合特性具有十分重要的意义。

结项摘要

采用数值模拟方法探究了微小斜坡对超声速横向射流流场性能的影响,分析了微小斜坡高度以及氢气喷孔喷注压比对混合效率、燃料穿透深度以及总压损失的影响。基于此结果,提出采用激励射流和微小斜坡耦合来进一步提高超声速横向射流流场的混合性能。结果表明,氢气喷孔喷注压比周期性变化的横向射流流场,其综合性能更优,实现了混合效率和燃料穿透深度的同时提高。进一步,提出了燃料喷孔和空气喷孔串联的双孔喷注系统,主要是探究空气喷孔及其长宽比对超声速横向射流流场的影响,发现当空气喷孔长宽比足够大时,不仅可以增强燃料与空气的混合,还能提高燃料穿透深度,但是不可避免地带来比单孔射流更大的总压损失。紧接着,采用极差分析法深入探究了带有微小斜坡涡流发生器的横向射流流场信息,分别以最短混合长度、最大穿透深度、最小总压损失为优化目标得到了三个优化微小斜坡构型,而且三个优化模型的流场性能得到数值仿真验证,并提出空气射流和微小斜坡耦合的喷注策略以综合空气射流与微小斜坡各自的优势,最终得到了总压损失较小、混合长度更短以及穿透深度比较理想的超声速横向射流流场。以NPLS技术和SPIV技术为主要实验观测手段,通过研究射流CVP发展过程发现,VG尾迹中的流向涡加快了射流CVP的发展速度,同时也加快了其耗散速度,射流CVP的速度环量先增大后减小,没有出现保持不变的阶段,这对促进射流与周围流体的混合有重要影响,同时由于VG与喷孔相对位置的不同,其尾迹与射流的相互作用机制不同,VG距离喷孔较近时可以有效增强近场混合区域羽流的穿透深度和横向扩散,而距离喷孔较远时射流穿透深度有较大提高,横向扩散反而受到抑制。此外通过对VG构型参数、VG位置和射流/来流动压比等参数进行优化设计,射流穿透深度存在最优值。

项目成果

期刊论文数量(16)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(2)
专利数量(0)
Parametric effect on the mixing of the combination of a hydrogen porthole with an air porthole in transverse gaseous injection flow fields
横向注气流场中氢气孔口与空气孔口组合混合的参数效应
  • DOI:
    10.1016/j.actaastro.2017.07.048
  • 发表时间:
    2017-10
  • 期刊:
    Acta Astronautica
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Lang-quan Li;Wei Huang;Li Yan;Shi-bin Li
  • 通讯作者:
    Shi-bin Li
Numerical investigation and optimization on the micro-ramp vortex generator within scramjet combustors with the transverse hydrogen jet
横向氢射流超燃冲压发动机燃烧室内微斜坡涡流发生器的数值研究与优化
  • DOI:
    10.1016/j.ast.2018.11.011
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Aerospace Science and Technology
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Li Lang quan;Huang Wei;Yan Li;Du Zhao bo;Fang Ming
  • 通讯作者:
    Fang Ming
Transverse jet in supersonic crossflows
超音速横流中的横向射流
  • DOI:
    10.1016/j.ast.2016.01.001
  • 发表时间:
    2016-03-01
  • 期刊:
    AEROSPACE SCIENCE AND TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Huang, Wei
  • 通讯作者:
    Huang, Wei
Numerical exploration of mixing and, combustion in a dual-mode combustor with backward-facing steps
向后台阶双模式燃烧室混合与燃烧的数值探索
  • DOI:
    10.1016/j.actaastro.2016.06.043
  • 发表时间:
    2016-10-01
  • 期刊:
    ACTA ASTRONAUTICA
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Huang, Wei;Li, Lang-quan;Liao, Lei
  • 通讯作者:
    Liao, Lei
Mixing improvement induced by the combination of a micro-ramp with an air porthole in the transverse gaseous injection flow field
横向气体喷射流场中微坡道与空气孔口的结合引起的混合改善
  • DOI:
    10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.03.061
  • 发表时间:
    2018-09-01
  • 期刊:
    INTERNATIONAL JOURNAL OF HEAT AND MASS TRANSFER
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Li, Lang-quan;Huang, Wei;Liao, Lei
  • 通讯作者:
    Liao, Lei

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  • 作者:
    周伟;黄伟;何维娟;杜成成
  • 通讯作者:
    杜成成

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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