不同构型波瓣混合器的射流掺混机制

The previous researches on jet mixing of lobed mixer have no systematicness as the number of samples for each study is small. Also, these researches only focus on the evolution of fluid dynamics, but basically neglect the evolution of heat and mass convection. In this project, numerical simulation method is adopted to study the evolution mechanisms of the streamwise vortices, the large scale heat and mass convection, and the normal vortex strip in the jet mixing fields of different configuration lobed mixers with multiple velocity ratios. These lobed mixers comprise three linear arrangement lobed mixers with different height to width ratios of lobe, and three circular arrangement and three rectangular arrangement lobed mixers with different configurations. In the jet mixing fields of different configuration lobed mixers with different velocity ratios, it is expected to be able to figure out the convolute mechanism of the lateral flow, the formation mechanism of streamwise vortex core, the development mechanism of streamwise vortices, the broken mechanism of streamwise vortices, the evolution of large scale heat and mass convection and its relation to the evolution of streamwise vortices, and the role of streamwise vortices and heat and mass convection in the evolution of the normal vortex strip.

前人对波瓣混合器射流掺混的研究，每个研究其样本较少，不具有系统性，且聚焦于流体动力学结构的演变，而忽视了热质对流的演变。本项目采用数值模拟方法，研究三个波瓣高宽比的直线排列波瓣混合器，三种混合器构型的圆形排列波瓣混合器，以及三种混合器构型的矩形排列波瓣混合器，在多个速度比状态下的射流掺混场中，流向涡的演变机制、大尺度热质对流的演变机制以及正交涡带的演变机制。通过开展本项目的研究，预期能够弄清楚不同波瓣混合器在不同速度比状态下的射流掺混中，横向流动相互卷绕的机制，流向涡涡核的形成机制，流向涡形态发展的机制，流向涡的破裂机制，大尺度热质对流的演变及其与流向涡的演变之间的联系，以及流向涡和热质对流在正交涡带演变中的作用。

在本项目中，在波瓣射流掺混机制方面，首先通过研究圆排波瓣混合器有、无混合管构型时的掺混流场，对波瓣射流掺混的研究提出了两点建议；之后对圆排交变波瓣混合器的射流掺混进行研究，在横向流动的形成及演变机制，流向涡的形成及演变机制，热质对流的形成及演变机制，正交涡带的形成及演变机制提出了一些新见解；最后研究了不同排列方式波瓣混合器的射流掺混机制，在横向流动的形成及演变机制，流向涡的形成及演变机制，热质对流的形成及演变机制，正交涡带的形成及演变机制四个方面有普适性和系统性的认识。在红外抑制器用波瓣混合器设计方面，不仅研究了两种进气情况下四种圆排交变波瓣喷管的射流掺混，为进气口设计和交变波瓣喷管的设计选择提供参考；还设计得到了在短距离内达到极致掺混效率的交变波瓣喷管，为交变波瓣喷管的设计提供借鉴。另外，对在加力燃烧和冲压燃烧中引入流向涡以提高燃烧性能进行了探索。在4年研究周期中，第1标注发表SCI收录期刊论文4篇，发明专利授权10项。