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激波的响声

激波的响声

当我们路过超音速飞机的机场附近时,有可能会听到“嘣嘣”两声巨响,犹如晴天霹雳,震耳欲聋。如果是你初次听到的话还会大吃一惊!以为是飞机在空中放炮,或者出了什么问题。其实不然,这就是超音速飞行中的所谓“音爆”(也称为“爆音”)。那么,“音爆”究竟是怎么回事,为什么只有在超音速飞行时才会出现呢?要想了解这一点,我们可以从一种常见的自然现象谈起:在平静的水面上,如果投一块石头,水面上立刻会出现一圈一圈的水波向四周传播,波及整个水面,也就是我们常常说的“一石激起千层浪”。但如果是在水面上运动的物体在水中激起的水波就不是这样了,例如一艘快艇在水中高速前进时,我们看到它激起的水波就不是一圈一圈地向外传,而是从艇前开始,呈一楔形向外传播。同时我们可以看到前缘密集,波浪很大,而后面波浪就很小。这种波我们称为楔形水波。此波随同快船一道前进,波及的范围始终在楔形之内。同样地,对于空气来说,也有这种现象,如果给空气一个扰动,声音也会象水一样通过波的形式向外传播,这就是声波。我们平时听见的声音就是声波传入耳内刺激鼓膜产生的。当飞机在空中作超音速飞行时,在机头或突出部分,也会象水中前进的快艇一样出现一种楔形或锥形波,这就是激波。当它们向外传播时便互相干扰和影响,然后汇集成一道包罗机头的前激波和一道尾随机尾的后激波。这种波虽然可以用上述的楔形水波来比拟,但有着迥然不同的性质。激波的厚度很小,经过波后空气的压强、密度、温度都突然升高,速度立即下降。当这两道激波波及到无论哪个空间和物体时,均会感到这种强烈的变化,反映到人的耳朵里,使耳鼓膜受到突然的空气压强变化,就感觉是两声雷鸣般的巨响。这种响声就称之为“音爆”。“音爆”只有在飞机作超音速飞行时才会出现。当飞机在一定高度下以超音速飞行时,由于激波引起的强烈的压力变化。使我们听到了“音爆”。那么,随同飞机一道前进的飞行员是不是也会有同样的感觉呢?其实飞行员是不会听到这种响声的,因为飞行员坐在座舱里,激波引起的压强、密度、温度的变化,飞行员是无法感觉到的。即使座舱不密封。由于飞行员始终处于前激波的后面、后激波的前面,也就是说,他是处在一个暂时的稳定的等压强的条件下,也是听不到的。“音爆”的强弱以及即对地面影响的大小,与飞机飞行高度有着直接的关系。因为,激波和水被一样,距离越远,波的强度也越弱。

当飞机作低空超音速飞行时,不但地面的人畜能听到震耳欲聋的巨响,影响人们的生活和工作,严重的还可以震碎玻璃,甚至损坏不坚固的建筑物,造成直接的损失。随着飞行高度的增加,这种影响越来越弱,当超过一定的高度后,地面基本不会受到影响。

激波技术基本简介

激波技术基本简介 我国北方寒冷地带,冬季采暖和夏季制冷除需要煤炭、石油、天然气之外,还需要消耗大量的电力来维持供暖、制冷的冷热交换,热力公司的换热站、宾馆饭店、办公写字楼等都需要使用大量的电力来维持冷热的交换,而用于进行热力交换的设备,目前常用的传统的泵—热交换系统是板式换热器、浮动盘管换热器和罐式换热器,这些换热装置普遍存在换热效率低、用电量高、占地面积大等弊病,如果对这些场所的设备进行改造,必将节约大量的用电费用,大大降低运转成本。 现行集中供热的闭合恒压循环系统、中央空调的冷、热水循环系统、冷却水循环系统、生活热水二次换热的循环系统都离不开循环泵。传统循环泵的配置参数是按系统所供冷或热面积计算配置的,循环泵的参数是电机的功率、扬程、流量,其中流量与供冷、热面积成正比,扬程主要是指克服管网的阻力。在保持水泵流量不变的条件下,扬程越高,需要克服系统阻力的动力就越大,所配电机的功率就越大,耗电也越多。因此,如何做到在流量不变的情况下,增加循环泵的扬程,减小所配电机的功率,减少耗电,就成了目前闭合恒压循环系统节能的重要课题。 JQ型激波增压器简介 JQ型激波增压器是在射流原理的基础上,吸收了二十世纪八十年代俄罗斯著名科学家费森科教授的激波原理而设计。JQ型激波增压器以流体力学为基础,通过合理的设计,在设备内部创造了一个马赫数大于1的条件,流速克服了音障而产生了压力激波。其结果是:输出的流体压力极大地超过输入流体的压力,从而达到增压的效果,增加的压力可以替代原有系统的部分扬程,在循环系统中克服系统阻力。在保持常规设计的循环泵流量不变的情况下,降低所配循环泵的扬程,从而降低所配备电机的功率,达到节能的效果。 专利号为:200620113502.6

激波问题经典数值算例

经典数值算例 一维数值算例 算例1(Lax激波管问题) 算例特点:为左稀疏波,右激波类型,能够检验数值算法捕捉间断的能力;求解区域:x∈0,1; 初始条件: ρ,v,p=0.445,0.698,3.528当0≤x≤0.5, 0.5,0,0.571当0.5≤x≤0.571, 边界条件:左右两边采用紧支边界条件;计算时间:t=0.13. 算例2(Sod激波管问题) 求解区域:x∈0,1; 初始条件: ρ,v,p= 1,0,1当x≤0.5, 0.125,0,0.1当x>0.5, 边界条件:左右两边采用紧支边界条件; 计算时间:t=0.25. 算例3(Shu-Osher问题)‘ 算例特点:具有高震荡的性质,用来检验高阶数值格式比低阶数值格式对该类型的解具有更好的逼近效果; 求解区域:x∈0,1; 初始条件: ρ,v,p=3.85714,2.629369, 10.333333当0≤x≤0.1, 1.0+0.2sin50x?25, 0, 1当0.1≤x≤1, 边界条件:左边界采用紧支边界条件,右边界采用流入边界条件; 计算时间:t=0.18. 算例4(Woodward-Colella激波相互碰撞问题) 算例特点:双激波的碰撞,其物理量过程更为复杂,检验数值算法捕捉间断的能力及稳定性;求解区域:x∈0,1; 初始条件: ρ,v,p=1,0,1000当0≤x≤0.1, 1,0,0.01当0.1

二维数值算例 算例1(二维Riemann问题) 求解区域:x,y∈0,1×0,1;初始条件: ρu v p T = 1.5,0,0,1.5当x∈0.8,1,y∈0.8,1, 0.5323,1.206,0,0.3当x∈[0,0.8],y∈0.8,1, 0.138,1.206,1.206,0.029当x∈0,0.8,y∈0,0.8, 0.5323,0,1.206,0.3当x∈0.8,1,y∈0,0.8, 边界条件:x,y方向均采用紧支边界条件; 计算时间:t=0.8. 算例2(激波通过气泡的问题) 求解区域:x,y:0≤x≤325,?44.5≤y≤44.5;初始条件: ρ u v p = 1.3764,0.394,0,1.5698, 当x≥225.0, 0.138,0,0,1, 当(x?175)2+y2≤225.0, 1,0,0,1, 其他 边界条件:左边界采用紧支边界条件,右边界采用流入边界条件,上下边界均采用反射边界条件; 计算时间:t=2.0. 算例3(Rayleigh-Taylor不稳定性问题) 计算区域:x,y∈0,1 4 ×0,1; 初始条件: ρ u v p = 2,0,?0.025c?cos8πx,2y?1, 当x,y∈0, 1 ×0, 1 , 1,0,?0.025c?cos8πx,y+ 3 2 , 当x,y∈0, 1 4 × 1 2 ,1, 其中c=γp/ρ为声速,绝热指数γ=5 3 ; 边界条件:左右边界均采用反射边界条件,上下边界均采用Dirichelet边界条件,其中下边界满足ρ,u,v,p=(2,0,0,1),上边界满足ρ,u,v,p=(1,0,0,2.5); 计算时间:t=1.95. 算例4(Double Mach Reflect problem不稳定性问题) 问题描述:马赫数为10的强激波,入射与x轴成60度, 计算区域:x,y∈0,4×0,1; 初始条件:在x=1 6 ,y=0马赫数为10的激波; 边界条件:左边界采用流入边界条件,右边界采用流出边界条件,上边界采用马赫数为10

含激波流场的光线追迹方法

文章编号:1001—2486(2010)01—0006—05 含激波流场的光线追迹方法。 冯定华,潘沙,田正雨,李桦 (国防科技大学航天与材料工程学院,湖南长沙,410073) 摘要:高速流场中的激波会产生明显的气动光学效应,导致光线发生偏移、聚焦等。从理论上考察了在不同入射角条件下,光线经过激波后发生角偏移量与激波强度的关系;针对通过计算流体力学得到的激波流场,提出了追迹步长根据当地折射率梯度和网格几何尺寸自适应调节的光线追迹的思想和方法,以提高追迹 的精度;对所建立光线追迹方法的精度进行了考察。结果表明,所建立的光线追迹方法适用于激波流场的光线追迹,具有较高的精度。 关键词:激波;光线追迹;步长自适应;折射率梯度 中图分类号:035;043文献标识码:A WaveFlowFieldMethodof RayTracingthroughShock FENGDi略lm,PANSha,TIAN2¥eng-yu,LIHua (cou咿oA即珥峨andMaterial&晒m嘲,NationalUniv.0fIMemeTedmology,aImI鲈Ila4113073,QdI值)A瞻嘲:Inthellighspeedflowfdd,shockwavewillcau∞obviousaero-opticseffect,which啪ilu'hJ∞theexcursi帆and 眦璐i119oftherayand∞On.Inthispaper,therelationshipsofangle∞积lrsionandshockintensityarereviewedtheoreticallyintheconditionofdiffexa吐incidence出婷伪.Inapplicationtoactualproblem,theshockfiddisusuallysimulatedby伽m删伽lalfluid 8ilIIll]1]斌shockfield,强ideaandthematchedmethod躺can'iedOUt,which锄dynamical.Inoidertotracetheraythighthe improvethe乜咖pmzision.Inthisway,thetracingstepdistance/saimedtobestir-adaptivetolocalre白把donindexg瓢lientand鲥dgeometryscale.Atlast,theray缸aciI唱m洲isvalidated.Theresult8how8th日ithemethodhashighp咀耽i8i加forray廿aciIlgintheshockfield. Key啊∞rds:shockwave;raytracing;stepself-ad董tptive;髓矗剃onindexgracUent 在高速流场中存在的激波,由于存在较大的密度梯度,使其成为一个光线折射面,对光线传输会产生较大的影响,引起气动光学效应【1】。当激波从物体的前缘脱体时,产生的弯曲激波,将导致透镜一样的聚焦效应,将平行入射光线折射聚焦,甚至会出现像散。即使是简单的平面激波,其表面不一定垂直于光轴或平行于探测窗表面,光线折射影响也必须计算。要实现光线穿越激波这种间断面的光线追迹。需要对传统的等步长追迹方法【2。o进行改进,需要采用变步长的追迹方法。在追迹过程中,每一步追迹的起点和终点不一定在网格点或者网格单元分界面上,并且追迹步长需要根据当地折射率梯度和网格尺寸自适应调节,以提高追迹的精度和效率。 1光学折射率与介质密度之间的关系 Lorenz.Lorentz公式给出了流场介质密度与光学参数——折射率之间的关系…引: \nn:2+-21/、万I=号%(1)其中,%为Gladstone-Dale常数,JD为气体介质密度,n为折射率。在温度不高的情况下,折射率取决于气体的密度变化。气体中,na1,则矿+2—3,n2—1=(rt+1)?(n—1)。2(n—1),式(1)可变换为: ?收稿El期-'2009—09—23 基金项目:国防科技大学优秀研究生刨新资助项目(msmcB) 作者简介:冯定华(1兜1一)。男。博士生。 万方数据

垂直激波条件下离子加速机制的研究

垂直激波条件下离子加速机制的研究1 杨忠炜,陆全明,王水 中国科学技术大学地球和空间科学学院,合肥 (230026) E-mail :qmlu@https://www.sodocs.net/doc/128103721.html, 摘 要:利用一维全粒子模拟得到的垂直无碰撞激波的位形,通过试验粒子方法研究了不同初始能量的粒子在不同的激波位形下的加速机制。通过将和激波相互作用的离子分成反射和直接穿过两类,发现只有被激波反射的离子可被激波明显加速,其中初始能量较小的反射离子通过激波冲浪机制加速,而初始能量较大的离子通过激波漂移加速机制加速。同时离子被加速的情况还和激波的厚度有关。 关键词: 无碰撞激波,高能粒子,冲浪加速,漂移加速 中图分类号: P354.4 1 引言 太阳高能粒子事件(SEPS)往往会对空间探测器以及高纬地区的电磁设施造成危害,因而对其产生机制的研究具有重要的意义。一般认为行星际激波是产生这种高能粒子事件的一种重要机制,并开展了大量的模拟研究[1,2,4,6,12,14,18]。近二三十年来,人们相继提出了多种激波加速粒子的物理机制。其中激波扩散加速机制[3]是目前公认的最有可能的一种机制,它最早是在阐述宇宙线的起源时被提出来的。在这种机制中,离子通过等离子体波动的散射而来回多次穿过激波面,同时离子在激波上下游的反射点的距离不断变小,因此可不断加速而获得很高的能量。这个条件在准平行激波情况下比较容易满足,因为准平行激波的波前和波后往往伴随着很多自身激发的等离子体波动,但在准垂直激波情况下这个条件则很难满足。在准垂直激波条件下,离子必须具有相当大的初始速度才能在垂直磁场方向上有效地扩散,这样才能多次穿越激波面得到加速。Webb 等人[22]给出了准垂直激波条件下激波扩散加速的最小临界速度, 21/23(1)th u v ηγ=+ (1) 其中γ是激波的压缩率,/c r ηλ=,λ表示离子沿磁场方向的平均扩散自由程,c r 是离子回旋半径,u 是激波的速度。这个临界速度通常是太阳风速度sw v 的好几倍,很少有这样的离子存在。一种可能的情况是存在某种预加速机制使得离子的速度增加到临界值以上,然后通过激波扩散加速机制加速到很高的能量。目前认为最有可能的预加速机制有激波冲浪[19]和激波漂移加速[15]。 激波冲浪加速指的是上游的入射离子被激波面处的电势场反射回上游,然后在洛伦兹力的作用下再次返回激波面,如此往复多次之后,当离子的能量足够大,所受的洛伦兹力大于电场力时,它们将从激波的静电势阱中逃逸到下游的过程。在这种加速机制下,离子最终的速度与它们的初始速度无关,而由激波位置处的电场和磁场大小决定。在激波漂移加速机制中,离子在激波面由于磁场梯度漂移和曲率漂移的作用下,引导中心在感应电场E 感应方向会有一段位移?r ,因而可获得E e ?=??E r 感应的能量。离子最终的速度与它们的初始速度 1本课题得到国家自然科学基金项目(40725013,40674093)及教育部博士学科点专项科研基金 (20060358025)资助。

第八讲 激波理论

第三节 等温管路的流动 条件:有沿程摩擦损失、有加热、等截面的等温流动。 一、基本方程 1、 连续性方程 m V =ρ 2、 状态方程 RT p ρ= 3、 等温方程 ρC p = 4、 运动方程 02 2 =++V D dL VdV dp λρ 注:关于λ的分析 1) 管材一定,故D /?为常数; 2) μ是T 的函数,由等温条件,故μ为常数; 3) 由连续方程,V ρ为常数。 结论: C VD VD == = μ ρν Re ==> λ为常数。 二、等温流动的大压差公式 1、 由连续性方程,有 ρ ρ11=V V 2、 由等温条件,有 1 11V V p p ==ρρ 则有 1 211111121111p V p V p p V V V V ρρρρ=?=?= p 1

3、 大压差公式 将运动方程通除2 2 V ,可变形为 0222 =++D dL V dV V dp λρ 将 1 2 1121p V p V ρρ= 带入后积分,得到 022 2 121 211 211=++???dL D V dV pdp p V λ ρ ==> )ln 2(1212 112 22 1D L V V p V p p λρ+=- 由于 D L V V λ<<12ln 2,则有近似公式 D L p V p p λ ρ12112221=- 即有 D L RT V p D L p V p p λλρ211121 12 1 21- =-= 4、 质量流量G 的计算公式 由于 121114 ,ρπρD G V RT p == ,可得到 5 22 121 122 2 1 16D LRTG D L p V p p πλλρ==- ==> )(4 2 2212 p p LRT D D G -= λπ 三、等温管流的特性 1、 基本微分方程 1) 运动方程 02 2 =++V D dL VdV dp λρ

声波和激波的比较

关于声波清灰器和“激波”式吹灰器比较声波清灰器作为一种新技术、新产品能够对传统的吹灰技术进行挑战,必然有它特有的功效和特点,这主要体现在清灰效果、投资效率、安全可靠、运行管理等方面的突出优势。声波清灰技术的产生就是在传统清灰方式所面对诸多无法解决的积灰问题的情况下产生,为满足日益发展的节能环保要求发展起来的新兴技术,通过多年的应用,声波清灰产品已形成规模,是技术成熟、性能稳定的定型产品,无疑是传统清灰装置的换代产品。 我们不生产“激波”式吹灰器,也不评述任何厂家的“激波”式吹灰器产品。仅就声波清灰器和“激波”式吹灰器作学术性、技术性及经济性方面的比较,便于用户参考。 从学科上看两者同属声学学科。“激波”也是声学工作者研究的内容,事实上作为脉冲声波已广为应用,小功率的如检测超声,大功率的如地震、核爆。用作为吹灰器的历史早在二战期间开始,德国人就用空枪,雷管,爆竹等清除锅炉积灰结垢,其基本原理是将可燃气体和空气混合,爆炸产生的冲击波和高速热气流,以低频脉冲冲击波作用于积灰面。在此我们仅叙述:我们作为声学工作者为何不发展“激波”式吹灰器的一些原因和考虑。 声波清灰器和“激波”式吹灰器(还包括被称为“冲击波”、“激 波”、“次声波”等的类似产品),两者都是旨在利用空气中的机械力作用,达到清除的目的。只是产生机械力的方法不同,结构不同而已。从学术学科上同属于声学学科,细化起来声波清灰器所发声波称为连续声波,简称声波,ZHK系列免维护声波清灰器,没有需要调整的机构,也没有运动或不稳定的结构,不存在发生运行机械故障的可能性,所产生的声波相应也是连续稳定的;“激波”式吹灰器所发声波称为脉冲声波,也被称为冲击波、激波等,因其吹灰装置结构无论串联、并联都是脉冲式继续流量,仅采用流量计方式控制流量误差很大,表现为每次吹灰的能量波动非常大,忽大忽小无规律,针对煤种变化、燃烧变化、不同积灰特点和不同温度段、不同规格锅炉吹灰效果很不稳定。其产品的名称随厂家自定更是五花八门了。因此,其基本机制、性能和利弊的分析和比较,完全是客观的。

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