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World File Search System克努森数
克努森数对非线性声谱的影响...
我们对气体稀薄对共振平面非线性声波能量动力学的影响进行了数值研究。问题设置是一个充满气体的绝热管，一端由以管的基本共振频率振动的活塞激发，另一端封闭；非线性波逐渐陡化，直到达到极限环，在足够高的密度下形成激波。克努森数（这里定义为特征分子碰撞时间尺度与共振周期之比）通过改变气体的基准密度在 Kn = 10 − 1 − 10 − 5 范围内变化，从稀薄状态到密集状态。工作流体为氩气。用 Bhatnagar-Gross-Krook (BGK) 模型封闭的玻尔兹曼方程的数值解用于模拟 Kn ≥ 0.01 的情况。对于 Kn < 0 . 01 ，使用完全可压缩的一维 Navier-Stokes 方程和自适应网格细化 (AMR) 来解析共振弱冲击波，波马赫数高达 1.01 。非线性波陡化和冲击波形成与波数-频率域中声能的频谱展宽有关；后者是根据 Gupta 和 Scalo 在 Phys. Rev. E 98, 033117 (2018) 中得出的二阶非线性声学的精确能量推论定义的，代表系统的 Lyapunov 函数。在极限环处，声能谱表现出惯性范围内斜率为 −2 的平衡能量级联，同一作者在自由衰减的非线性声波中也观察到了这种现象。在本系统中，能量在低波数/频率时通过活塞从外部引入，在高波数/频率时由热粘性耗散平衡，导致系统基准温度升高。热粘性耗散率在基于最大速度振幅的固定雷诺数下按 Kn 2 缩放，即随流动稀疏程度而增加；一致地，极限环处陡峭波的最小长度尺度（对应于冲击波（存在时）的厚度）也随 Kn 而增加。对于给定的固定活塞速度振幅，光谱能量级联的惯性范围的带宽随克努森数的增加而减小，导致系统的共振响应降低。通过利用柯尔莫哥洛夫流体动力学湍流理论中的无量纲缩放定律，结果表明，基于域内最大声速幅，可以预期声学雷诺数 Re U max > 100 的谱能量传递惯性范围。
超音速中的质量、动量和能量传递...
气溶胶沉积 (AD) 可通过气流中的粒子沉积形成致密涂层；在 AD 中，气溶胶通过收敛-发散喷嘴，以超音速粒子速度促进惯性粒子撞击所需基材。与热喷涂方法不同，AD 可以在接近室温下应用；与冷喷涂不同，在 AD 中，气溶胶通常在喷嘴上游处于大气压下。尽管之前已成功演示了 AD，但与 AD 系统中粒子运动相关的许多方面仍不太清楚。在这项工作中，我们模拟了具有平面基材的狭缝型收敛-发散喷嘴的典型 AD 工作条件下的可压缩流场分布和粒子轨迹。在检查流体流动分布时，我们发现速度和压力分布以及冲击结构对喷嘴的上游和下游工作压力很敏感。这些最终会影响粒子撞击速度。重要的是，在 AD 中，粒子阻力状态是动态的；粒子克努森数和马赫数都可以相差几个数量级。为了辅助粒子轨迹模拟，我们训练了一个神经网络，根据现有实验数据、理论极限和新的直接模拟蒙特卡罗 (DMSC) 结果预测粒子上的阻力。基于神经网络的阻力定律取决于马赫数和克努森数，与 DSMC 模拟数据相比，其一致性比预先存在的相关性更好。借助该定律，粒子轨迹模拟结果表明，对于给定的粒子密度，存在一个最佳粒子直径，以最大化粒子撞击速度。我们还发现，在 AD 中，粒子会经历与尺寸相关的惯性聚焦，即存在一个特定的粒子直径，其中粒子沉积线宽最小。小于此直径的粒子聚焦不足，大于此直径的粒子聚焦过度，因此在两种情况下都有较大的沉积线宽。使用轨迹模拟，我们还开发了一个框架，可用于评估喷嘴上游任何气溶胶尺寸分布函数的位置相关质量、动量和动能通量到沉积基质的通量。结果表明，对于实验室可达到的典型气溶胶浓度，动能通量可以接近在具有相变的对流传热中通常观察到的量级，因此 AD 中的平动能到热能的传递可能是形成致密涂层的关键因素。关键词：气溶胶沉积；收敛-发散喷嘴，惯性聚焦；惯性撞击；直接模拟蒙特卡罗
大型高超声速风洞中的非侵入式自由流速度测量
I.简介 高速风洞通常依靠压力和/或温度测量以及喷嘴流量计算来确定自由流条件。这种做法可能需要对气体的热化学状态进行复杂的处理。当空气或 N 2 从停滞的储层流向自由流马赫数 M ∞ > 6 时，热量完美气体假设开始失效。喷嘴中的快速膨胀可能需要对热力学非平衡过程进行建模，如果气体停滞到高焓，还必须考虑非平衡化学 [1]。此外，对于高储层密度，可能需要使用排除体积状态方程 [2,3]。尽管这些流动的建模框架是可处理的，但与热化学速率过程有关的一些基本原理仍然是一个持续的研究课题 [1]。验证这些运行条件和喷嘴流量计算的一种方法是在自由流中直接测量。基于粒子的测速方法，例如粒子图像测速，可以产生高质量的多组分速度数据 [4]。然而，在大型高速设施中实施基于粒子的技术所面临的工程挑战包括时间、粒子接种密度和均匀性，以及在注入粒子时最大限度地减少流动扰动 [5]。更重要的是，在高速风洞中，典型的克努森数和雷诺数 [6] 下粒子响应降低存在根本限制，这可能会影响精细时间和长度尺度的分辨率。与基于粒子的技术的局限性相比，标记测速技术的实施不受上述大型高速设施中问题的限制。标记测速技术的著名方法和示踪剂包括VENOM [7]、APART[8]、RELIEF[9]、FLEET[10]、STARFLEET[11]、PLEET[12]，