基于高频响TR-PIV和线列动态压力传感器同步测量的深腔涡声耦合机理实验研究

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基本信息

  • 批准号:
    11802177
  • 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:
    A0909.实验流体力学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

The phenomenon of vortex-acoustic coupling is widely happened in the key components of industrial facilities, such as the lift system of an aircraft, the piping system of first loop of a nuclear power plant and the gas transport piping. The coupling between the separated shear flow inside the piping system with the acoustic standing wave of the deep cavity would bring severe problems to the industrial facilities, such as the aerodynamic noise, structural vibration and even acoustic fatigue damage. Present study focuses on the self-sustained oscillations of the aeroacoustically coupled flow field in a deep cavity, and tries to give an insight on the temporal-spatial evolutions of the coherent vortex structures, revel the relationship with the phase change of the acoustic standing wave, and delineate the energy transfer between the flow field and acoustic field. Towards this end, the synchronous measurement technique combining the high-frequency time-resolved PIV with the parallel dynamic pressure transducers are employed to capture the instantaneous flow field with high temporal-spatial resolution in the deep cavity. The advanced flow decomposition techniques, i.e. POD, EPOD and DMD, are used to identify, capture and quantify the dominant coherent structures. The Howe acoustic theory is used to analyze the energy transfer between flow field and acoustic field. The achievements of present study can provide the theoretical directions to control the aerodynamic noise and acoustic fatigue for the relevant industrial applications.
当深腔分离剪切流动与其声学驻波特征相互耦合时,会产生强烈的噪音辐射和结构振动,甚至声疲劳破坏等严重问题。在相关流动管路布置规划中,必须谨慎规避深腔结构的涡声耦合问题;然而,目前对其耦合机理及影响因素的科学认识尚且不足,严重制约着相关工程设计水平。本项目将首先开展高频响TR-PIV和线列动态压力传感器的同步测量实验,获取高时空分辨率的深腔非定常流场。采用涵盖POD、EPOD和DMD等的先进流场数据分析体系,提取深腔涡声耦合旋涡结构的时空演变特征及其与驻波模态的动态相位响应关系。最后,通过基于霍尔气动声学理论的深腔涡声能量传递输运分析,获取旋涡结构时空演变过程、自持振荡流场与声学驻波场之间的能量传递输运过程。本项目的相关研究成果将揭示深腔分离剪切流动与其声学驻波模态之间的耦合机理,为抑制流激噪声和缓解声疲劳损伤等相关工程应用提供重要的理论指导。

结项摘要

当腔体分离剪切流动与其自身声学模态特征(如深腔驻波模态、浅腔圆周声模态等)相互耦合时,会产生强烈的噪音辐射和结构振动,甚至声疲劳破坏等严重问题。在相关设备(如固体火箭发动机、燃烧室、汽轮机控制系统、核电一回路管路等)布置规划中,必须谨慎规避腔体结构的涡声耦合共鸣问题;然而,目前对其耦合机理及影响因素的科学认识尚且不足,严重制约着相关工程设计水平。本文首先采用基于FPGA(可编程逻辑门阵列)锁相技术的 PIV(粒子图像测速法)测量方法同步捕捉到受激发的声波特征和共鸣下的旋涡动力学特征。实验中,在 NI-CompactRIO实时采集控制平台基础上,综合应用压力传感器阵列信号的模态分解和FPGA硬计算,触发 PIV同步器获得非定常流场的时空演化过程,其相位捕捉误差低于2.5°。后续采用数据同化的思想并结合集合卡尔曼滤波技术,将实验数据驱动传统数值模型,获取了最优化的湍流数值模型并精确模拟涡声耦合共鸣场。最后,基于霍尔气动声学理论,深度分析了腔体涡声耦合下的涡声能量传递输运传递过程。研究成果将揭示深腔分离剪切流动与其声学驻波模态之间的耦合机理,为抑制流激噪声和缓解声疲劳损伤等相关工程应用提供重要的理论指导。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Intensified flow dynamics by second-order acoustic standing-wave mode: Vortex-excited acoustic resonances in channel branches
二阶声驻波模式强化流动动力学:通道分支中的涡激声共振
  • DOI:
    10.1063/1.5086443
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Physics of Fluids
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Peng Wang;Yingzheng Liu
  • 通讯作者:
    Yingzheng Liu
Light field enhancement of particle image velocimetry measurement using a profiled window and a ray tracing method
使用异形窗口和射线追踪方法的粒子图像测速测量的光场增强
  • DOI:
    10.1016/j.expthermflusci.2019.04.024
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Experimental Thermal and Fluid Science
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    Hongyu Ma;Peng Wang;Yingzheng Liu;Xin Wen
  • 通讯作者:
    Xin Wen
Vortex-excited acoustic resonance in channel with coaxial side-branches: Vortex dynamics and aeroacoustic energy transfer
具有同轴侧枝的通道中涡激声共振:涡动力学和气动声能量传递
  • DOI:
    10.1063/1.5055909
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Physics of Fluids
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Peng Wang;Yifan Deng;Yingzheng Liu
  • 通讯作者:
    Yingzheng Liu
Influence of vortex-excited acoustic resonance on flow dynamics in channel with coaxial side-branches
涡激声共振对同轴侧支通道内流动动力学的影响
  • DOI:
    10.1063/1.5049381
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Physics of Fluids
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Peng Wang;Hongyu Ma;Yifan Deng;Yingzheng Liu
  • 通讯作者:
    Yingzheng Liu
Spinning behavior of flow-acoustic resonant fields inside a cavity: Vortex-shedding modes and diametral acoustic modes
腔内流声谐振场的旋转行为:涡旋脱落模式和径向声学模式
  • DOI:
    10.1063/5.0019112
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Physics of Fluids
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Peng Wang;Yingzheng Liu
  • 通讯作者:
    Yingzheng Liu

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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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