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超燃冲压发动机燃烧室流场超分辨率重建
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作者 陈皓 郭明明 +3 位作者 田野 乐嘉陵 张华 岳茂雄 《推进技术》 EI CSCD 北大核心 2024年第1期174-184,共11页
超声速燃烧室受限空间内复杂流场波系结构的获取受到光学测量装置精度的制约。为提升流场时空分辨率特征,本文应用中国空气动力研究与发展中心地面脉冲燃烧风洞获取的试验数据,在发动机入口马赫数2.5的条件下,构建了6种不同当量比下基... 超声速燃烧室受限空间内复杂流场波系结构的获取受到光学测量装置精度的制约。为提升流场时空分辨率特征,本文应用中国空气动力研究与发展中心地面脉冲燃烧风洞获取的试验数据,在发动机入口马赫数2.5的条件下,构建了6种不同当量比下基于压力数据重构的燃烧室流场低分辨率图像数据集,研究了三种提高图像分辨率的方法来提升超燃冲压发动机燃烧室流场重构图像的分辨率。结果表明,本文所提出的流场超分辨率稠密网络(Flow-field Super-Resolution Dense Network,FSRDN)、流场超分辨率生成对抗网络(Flow-field Super-Resolution Generative Adversarial Network,FSRGAN)、传统的双三次插值法(Bicubic interpolation,Bicubic)对流场图像分辨率都提高了4^(2)倍。FSRDN网络所得流场图像结果的峰值信噪比(Peak Signal-to-Noise Ratio,PSNR)、相关性系数(Correlation coefficient,CORR)、感知指数(Perceptual Index,PI)指标均优于双三次插值法,但实际图像存在过于平滑的现象。FSRGAN网络所得流场结果消除了图像平滑现象,使流场图像的细节更加丰富,大幅度优化了PI指标,对燃烧室内的剪切层、斜激波、分离激波等主要波系结构的清晰度有了极大的增强作用。 展开更多
关键词 超燃冲压发动机 燃烧室 双三次插值 超分辨率 生成对抗网络
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基于“分段-组合”残差神经网络的超声速氢气零维点火计算方法
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作者 陈尔达 宋昊宇 +3 位作者 郭明明 田野 乐嘉陵 张华 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期91-101,共11页
受限于发动机燃烧数值模拟需要长时间超级计算机运行的问题,发展了一种基于“分段-组合”残差神经网络的氢气零维点火计算方法。以氢气零维点火算例为基础,基于自主研发的高超声速内外流耦合数值模拟软件AHL3D构建数据集。数据集中输入... 受限于发动机燃烧数值模拟需要长时间超级计算机运行的问题,发展了一种基于“分段-组合”残差神经网络的氢气零维点火计算方法。以氢气零维点火算例为基础,基于自主研发的高超声速内外流耦合数值模拟软件AHL3D构建数据集。数据集中输入变量为超声速工况下的温度、压强及8种组分质量分数的初始状态值,输出变量为3000个时刻点的温度、压强及8种组分质量分数状态值。构建了一种“分段”训练、“组合”预测的残差神经网络框架。算法首先将高维输入数据进行降维训练,再将“分段”模型预测后的参数冻结形成“组合”模型。与氢燃料直接计算相比,实验结果表明“分段-组合”残差神经网络可显著提升计算效率,对于11组分29反应的反应动力学模型可获得9.13倍的计算加速比,均方根误差降到了7.85×10^(-5),氢燃料参数的预测精度都高于98%,计算效率及精度优于现有的神经网络燃烧计算方法。 展开更多
关键词 “分段-组合”模型 残差神经网络 零维点火 数值模拟 计算加速
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热化学非平衡来流条件下热化学模型影响研究
3
作者 韩亦宇 余安远 +3 位作者 刘建霞 丁智坚 赵亮 乐嘉陵 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期61-74,共14页
为研究热化学非平衡来流条件下热化学模型等计算设定对斜激波压缩流动计算结果的影响,针对尖劈构型和相应的前缘钝化构型的高焓激波风洞实验,采用多种计算设定开展详细的数值模拟研究。计算结果表明,计算采用不同热化学模型,以及来流设... 为研究热化学非平衡来流条件下热化学模型等计算设定对斜激波压缩流动计算结果的影响,针对尖劈构型和相应的前缘钝化构型的高焓激波风洞实验,采用多种计算设定开展详细的数值模拟研究。计算结果表明,计算采用不同热化学模型,以及来流设定为振动冻结/平衡/非平衡状态,会导致斜激波激波角等参数存在一定差别,其中激波角差别可达约2%。当来流速度一定时,过斜激波后分子内能增量在平动转动能和振动能上的分配方式的差别决定了激波角的差别。前缘钝化情形下,采用不同计算设定所得激波角之间的关系和尖前缘构型的规律一致;但是,采用不同计算设定所得斜激波到壁面距离之间的关系和尖前缘构型的规律有差别,这源于钝化前缘的激波脱体距离的影响。对于自由来流下的斜激波压缩流动问题,若考虑了分子振动能激发但未考虑热力学非平衡(例如热完全气体模型、考虑空气反应的单温度模型等),就斜激波激波角等参数而言,计算误差比量热完全气体模型计算误差更大。 展开更多
关键词 热化学非平衡 双温度模型 斜激波 前缘钝化 高焓激波风洞实验 数值模拟
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基于丝线流动显示技术的内转进气道起动性能实验
4
作者 余安远 曲俐鹏 +3 位作者 刘建霞 杨大伟 李姝源 乐嘉陵 《气体物理》 2023年第2期32-43,共12页
采用丝线法流动显示技术,在高超声速冷流暂冲式下吹风洞开展了快速获取内转进气道起动性能的实验研究。实验在中国空气动力研究与发展中心(CARDC)Φ0.5 m高超声速风洞中进行,来流Mach数为5。实验模型为椭圆转圆形内转进气道,总收缩比为5... 采用丝线法流动显示技术,在高超声速冷流暂冲式下吹风洞开展了快速获取内转进气道起动性能的实验研究。实验在中国空气动力研究与发展中心(CARDC)Φ0.5 m高超声速风洞中进行,来流Mach数为5。实验模型为椭圆转圆形内转进气道,总收缩比为5.8,内部收缩比为1.7,喉部为直径50 mm的圆形截面。模型的肩部区域种植了长度与间隔可更换的丝线,为了改善进气道的起动性能,模型进气道的内压缩段开设了可以动态堵塞的泄流孔,在喉道下游设置了可动态节流的节流锥。实验获得了丝线长度、相邻丝线间隔的推荐值,同时表明,丝线流动显示技术能够快速、准确、直观、方便地判断进气道的起动状态,并能定量给出流动分离起始位置与分离结构,所采用的丝线流动显示技术丰富了高超声速风洞实验的流场可视化方法库。研究还表明,采用丝线流动显示技术,所研究的内转进气道在Ma=5时处于双解区,实验给出了进气道重起动及退出不起动的一种可行方案。 展开更多
关键词 丝线流动显示方法 内转进气道 起动特性 高超声速风洞实验
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脉冲燃烧风洞及其在火箭和超燃发动机研究中的应用 被引量:33
5
作者 乐嘉陵 刘伟雄 +2 位作者 贺伟 谭宇 白菡尘 《实验流体力学》 CAS CSCD 北大核心 2005年第1期1-10,共10页
近期美国X-43A的飞行试验数据表明脉冲式风洞能够预测飞行性能。中国空气动力研究与发展中心(CARDC)20多年来一直在发展各种脉冲燃烧风洞技术及其在火箭高空羽流、超燃发动机研究中的应用。典型的四喷管火箭底部挡板采用涡轮废气排气方... 近期美国X-43A的飞行试验数据表明脉冲式风洞能够预测飞行性能。中国空气动力研究与发展中心(CARDC)20多年来一直在发展各种脉冲燃烧风洞技术及其在火箭高空羽流、超燃发动机研究中的应用。典型的四喷管火箭底部挡板采用涡轮废气排气方案能大大减少底部热流,这是脉冲式风洞的成功应用成果;在60~80ms脉冲燃烧风洞中首次进行了室温煤油燃料的超燃模型发动机试验,测量了发动机内流道中壁面压力和发动机推力,比较了脉冲式风洞和连续式风洞的试验结果。研究表明:在M=5、6试验条件下,煤油自发点火延滞时间约4ms,因而工作时间为60~80ms的脉冲燃烧风洞能够十分经济奏效地进行超燃模型发动机研究。笔者亦介绍了正在研制中的大口径脉冲燃烧风洞方案。 展开更多
关键词 脉冲风洞 羽流 火箭 超燃发动机 涡轮废气排气
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脉冲燃烧风洞中空气节流对煤油燃料超燃冲压发动机火焰稳定影响研究 被引量:6
6
作者 乐嘉陵 田野 +4 位作者 杨顺华 岳茂雄 苏铁 钟富宇 田晓强 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第10期2161-2170,共10页
采用试验与数值模拟方法研究了空气节流对煤油燃料超燃冲压发动机火焰稳定的影响。发动机入口气流总温、总压和马赫数分别为1100K,1.0MPa和2.0。空气节流位置距离发动机入口625mm,空气节流流量为入口发动机空气流量的27.2%。多种非接触... 采用试验与数值模拟方法研究了空气节流对煤油燃料超燃冲压发动机火焰稳定的影响。发动机入口气流总温、总压和马赫数分别为1100K,1.0MPa和2.0。空气节流位置距离发动机入口625mm,空气节流流量为入口发动机空气流量的27.2%。多种非接触光学测量手段被应用于超燃冲压发动机燃烧流场结构和火焰传播规律的诊断,包括纹影、阴影、差分干涉、自发光照相和OH-PLIF。首先考察了有、无空气节流时超燃冲压发动机冷流流场的结构,结果显示:在实施空气节流后,流场内产生了激波串结构。激波串促使流场的静温和静压升高,马赫数降低。同时激波串与边界层相互作用,导致了边界层分离,促进了燃料与空气的高效混合,实现了煤油的可靠点火。其次考察了先锋氢气燃烧流场的火焰传播规律与稳定形态,结果表明:当先锋氢气当量比为0.3时,燃烧流场振荡;当先锋氢气当量比为0.1时,燃烧流场稳定。最后研究了空气节流对煤油燃料超燃冲压发动机火焰稳定的影响,结果表明:不实施空气节流时,液态室温煤油吹熄了先锋火焰,煤油点火失败;实施空气节流后,煤油成功点火,当先锋氢气和空气节流撤除后,煤油仍然保持稳定的燃烧。 展开更多
关键词 超燃冲压发动机 空气节流 煤油 火焰稳定
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双模态超燃冲压发动机研究进展 被引量:24
7
作者 乐嘉陵 胡欲立 刘陵 《流体力学实验与测量》 EI CSCD 2000年第1期1-12,共12页
通过对各种发动机性能的对比分析 ,认为双模态超燃冲压发动机非常适合作为高超声速飞行器的动力推进装置。
关键词 高超声速飞行器 双模态超燃冲压发动机 实验 数值模拟
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三维流场的计算干涉方法(英文) 被引量:3
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作者 乐嘉陵 吴颖川 +1 位作者 倪鸿礼 王惠玲 《流体力学实验与测量》 CSCD 北大核心 2001年第2期1-9,共9页
计算干涉技术通过试验图像和计算图像相比较 ,可以验证CFD的有效性 ,是研究复杂流场的有力工具。作者根据M Z干涉仪的光学成像原理 ,用计算机仿真实现了将数值计算获得的二维、轴对称和三维的复杂流体的密度场转换为“无限条纹”和“有... 计算干涉技术通过试验图像和计算图像相比较 ,可以验证CFD的有效性 ,是研究复杂流场的有力工具。作者根据M Z干涉仪的光学成像原理 ,用计算机仿真实现了将数值计算获得的二维、轴对称和三维的复杂流体的密度场转换为“无限条纹”和“有限条纹”的干涉图像 ,尤其是在处理三维流场时 ,采用流场重构的方法 。 展开更多
关键词 计算干涉图 Mach-Zhender干涉仪 流场重构 图像处理 三维流场 空气动力学
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高超声速飞行器的碳氢燃料双模态超燃冲压方案研究 被引量:10
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作者 乐嘉陵 刘陵 《流体力学实验与测量》 CSCD 1997年第2期1-13,共13页
以超燃冲压作动力的高超声速巡航飞行器与火箭动力相比,在M=6时,比冲增加二倍以上;与亚燃冲压相比,发动机内静温、静压低,从而减轻了结构强度负荷,简化了结构设计。这种巡航飞行器匕行速度快,突防与生存能力强,具有更大的作战... 以超燃冲压作动力的高超声速巡航飞行器与火箭动力相比,在M=6时,比冲增加二倍以上;与亚燃冲压相比,发动机内静温、静压低,从而减轻了结构强度负荷,简化了结构设计。这种巡航飞行器匕行速度快,突防与生存能力强,具有更大的作战能力。根据我国国情,本文提出了一种以碳氢燃料双模态超燃冲压作动力的高超声速巡航飞行器的方案,并针对航程1500km,重1500kg,直径0.6m,长45m的飞行器参数,估算了轨道、飞行时间、燃料消耗,确定了超燃冲压前体进气道及燃烧室的形状、尺寸,并作了超燃冲压性能计算。 展开更多
关键词 高超音速 飞行器 冲压发动机 超燃 碳氢燃料
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吸气式高超声速技术研究进展 被引量:29
10
作者 乐嘉陵 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第6期641-649,共9页
总结了中国空气动力研究与发展中心(CARDC)在吸气式高超声速技术在试验设备、超燃冲压发动机、数值模拟以及机体/推进一体化飞行器等方面的研究进展。介绍了三种类型的高焓设备:脉冲式燃烧加热风洞、连续式燃烧加热风洞和电弧风洞。通... 总结了中国空气动力研究与发展中心(CARDC)在吸气式高超声速技术在试验设备、超燃冲压发动机、数值模拟以及机体/推进一体化飞行器等方面的研究进展。介绍了三种类型的高焓设备:脉冲式燃烧加热风洞、连续式燃烧加热风洞和电弧风洞。通过多种尺度的超燃冲压发动机的直连式和自由射流式试验,获得了发动机的基本性能及其随油气比、喷孔位置等的变化规律。对比连续式和脉冲式风洞试验结果,得知工作时间大于100 ms的脉冲式燃烧设备是开展发动机基本性能研究的经济、高效试验手段。成功研制了三维大规模并行数值模拟软件平台AHL3D并广泛应用于发动机研究。在0.6 m风洞中,完成了1.5 m带动力飞行器试验,获得了发动机工作和不工作状态下的飞行器推阻及升力特性。 展开更多
关键词 吸气式发动机 高超声速技术 冲压发动机 流体力学 一体化设计 研究进展
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再入钝头体近尾流动计算 被引量:2
11
作者 乐嘉陵 曹文祥 雒朝富 《宇航学报》 EI CSCD 北大核心 1995年第3期69-75,共7页
本文采用联立求解粘性剪切层和有旋无粘区的方法计算了再入钝头体层流近尾流场。有旋无粘区采用有旋特征线法计算。粘性剪切层采用改进的流管法计算,这两个区域间的基本流线上的压力、温度、速度等由两个区域迭代匹配确定,粘性剪切层... 本文采用联立求解粘性剪切层和有旋无粘区的方法计算了再入钝头体层流近尾流场。有旋无粘区采用有旋特征线法计算。粘性剪切层采用改进的流管法计算,这两个区域间的基本流线上的压力、温度、速度等由两个区域迭代匹配确定,粘性剪切层的下边界区分流线采用实验确定,回避了回流区复杂计算,计算结果与有关试验和文献一致。本文的目的是提供远尾流计算所需的颈部初始剖面。 展开更多
关键词 钝头体 近尾流 计算 空气动力学 粘性剪切层
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用随机选取法(RCM)计算高温平衡气体的激波管流动 被引量:2
12
作者 乐嘉陵 王晓栋 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 1990年第4期445-451,共7页
本文用RCM方法计算了高温平衡气体的激波管流动。在求解Riemann问题时,激波关系式采用精确解,而对于稀疏波关系式,本文建立了等效比热比的局部理想气体近似关系式,从而使RCM方法大为简化,并具有足够精度。
关键词 激波管 高温平衡气体 流动 RCM法
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有限空间中激波运动的数值模拟 被引量:1
13
作者 乐嘉陵 高铁锁 曹文祥 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1993年第1期A001-A006,共6页
采用一种有限体积的TVD格式模拟喷流产生的启动激波在有限空间内的运动过程。计算获得的激波运动过程与激波在大气中传播时的实验结果一致。在传播过程中出现涡环和多次激波。计算表明,在真空箱为正方体的情况下,激波管出口附近的压力... 采用一种有限体积的TVD格式模拟喷流产生的启动激波在有限空间内的运动过程。计算获得的激波运动过程与激波在大气中传播时的实验结果一致。在传播过程中出现涡环和多次激波。计算表明,在真空箱为正方体的情况下,激波管出口附近的压力脉冲特性主要取决于有限空间的轴向长度。所得结果对毫秒级激波管喷流模拟装置的真空箱设计有参考价值。 展开更多
关键词 激波管 数值模拟 激波反射
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高超声速飞行器表面气动热和粘性摩擦力计算(英文) 被引量:10
14
作者 乐嘉陵 詹妮迈德芙VL +1 位作者 曼彻娜娅MI 维特拉斯基VN 《流体力学实验与测量》 CSCD 北大核心 2002年第1期8-20,共13页
本文给出了高超声速飞行器表面摩阻和传热系数 (斯坦顿数 )的计算结果。采用两种方法平面切面法亦即二维边界层近似法和工程方法计算了飞行器高超声速绕流的粘性效应 ,并对两种方法的计算结果作了仔细的比较。由文可见 ,对于在稠密大气... 本文给出了高超声速飞行器表面摩阻和传热系数 (斯坦顿数 )的计算结果。采用两种方法平面切面法亦即二维边界层近似法和工程方法计算了飞行器高超声速绕流的粘性效应 ,并对两种方法的计算结果作了仔细的比较。由文可见 ,对于在稠密大气层内 ,沿轨道运行头速度恒定的高超声速有翼飞行器 ,能够用本文所采用的两种方法计算其表面摩阻和热载荷。此二法可成功地应用于绕复杂形状物体的流动参数计算。 展开更多
关键词 高超声速飞行器 表面摩阻 传热系数 数值计算 粘性效应
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激波(爆炸波)与物体相互作用的数值模拟(英) 被引量:2
15
作者 乐嘉陵 倪鸿礼 《流体力学实验与测量》 CSCD 1999年第3期1-9,共9页
给出了在二维和三维条件下激波(爆炸波)与物体相互作用的一些典型计算结果,概括总结了激波管中实验的有效性,提出了改进数值方法(包括差分格式,网格系统)。
关键词 激波 爆炸波 数值模拟 物体 相互作用 激波管
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吸气式高超声速技术研究进展 被引量:7
16
作者 乐嘉陵 《西南科技大学学报》 CAS 2011年第4期1-9,14,共10页
系统总结了中国空气动力研究与发展中心在吸气式高超声速技术研究方面取得的主要进展,包括:试验设备、超燃冲压发动机、数值模拟以及机体/推进一体化飞行器。CARDC经过十多年的努力,建成和改造了三种类型的高焓设备:脉冲式燃烧加热风洞... 系统总结了中国空气动力研究与发展中心在吸气式高超声速技术研究方面取得的主要进展,包括:试验设备、超燃冲压发动机、数值模拟以及机体/推进一体化飞行器。CARDC经过十多年的努力,建成和改造了三种类型的高焓设备:脉冲式燃烧加热风洞、连续式燃烧加热风洞和电弧风洞。开展了多种尺度的超燃冲压发动机的直连式和自由射流式试验,获得了发动机的基本性能及其随油气比、喷孔位置等的变化规律。通过连续式和脉冲式风洞试验结果对比,表明工作时间大于100 ms的脉冲式燃烧设备是开展发动机基本性能研究的经济、高效试验手段。成功研制了三维大规模并行数值模拟软件平台AHL3D并广泛应用于发动机研究。在Φ0.6 m风洞中,完成了1.5 m带动力飞行器试验,获得了发动机工作和不工作状态下的飞行器推阻及升力特性。同时提出了地面试验、CFD和飞行试验三者综合研究分析的重要性。 展开更多
关键词 超燃 发动机 飞行器 风洞 CFD
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高超声速马赫反射 被引量:2
17
作者 乐嘉陵 倪鸿礼 胡光初 《气动实验与测量控制》 CSCD 1996年第2期1-8,共8页
通过实验和数值计算模拟了激波(马赫数7.6)绕40度压缩拐角的流动。实验是在气动中心激波管中完成的,数值模拟采用了层流的N-S方程,对无粘项、粘性项和化学源项分别采用了迎风TVD格式、中心差分格式和点隐式的方法进行差... 通过实验和数值计算模拟了激波(马赫数7.6)绕40度压缩拐角的流动。实验是在气动中心激波管中完成的,数值模拟采用了层流的N-S方程,对无粘项、粘性项和化学源项分别采用了迎风TVD格式、中心差分格式和点隐式的方法进行差分离散,计算了平衡与非平衡条件下的马赫反射流动,其数值计算结果与实验结果符合甚好。 展开更多
关键词 马赫反射 高超声速流动 TVD格式
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双马赫反射的数值模拟与光学干涉定量测量的比较(M_s=4.62) 被引量:1
18
作者 乐嘉陵 曹文详 +3 位作者 叶希超 吴兴源 孙启明 丁惠芳 《气动实验与测量控制》 CSCD 1993年第1期22-31,共10页
本文用欧拉方程计算了楔形角为40°,M_s=4.62双马赫反射的流场,计算采用了矢通量分裂和 TVD 两种格式,并考虑了γ=1.4和高温平衡气体两种情况。流场的密度场测量采用双曝光全息、M-Z、差分三种干涉技术。壁面密度分布的计算与测量... 本文用欧拉方程计算了楔形角为40°,M_s=4.62双马赫反射的流场,计算采用了矢通量分裂和 TVD 两种格式,并考虑了γ=1.4和高温平衡气体两种情况。流场的密度场测量采用双曝光全息、M-Z、差分三种干涉技术。壁面密度分布的计算与测量结果比较表明:三种干涉方法测量结果差别不大,都处在γ=1.4和平衡气体的计算结果范围内。 展开更多
关键词 激波 激波反射 激波管流动
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高温高压喷管化学和热力学非平衡流计算 被引量:2
19
作者 乐嘉陵 董维中 《气动实验与测量控制》 CSCD 1993年第3期30-37,共8页
本文给出了高驻室压力条件下的化学、振动、电离非平衡喷管一维流动的方程组(包括 V-D 耦合和电离激发效应)。为了克服高压条件下喉道前空间推进步长小的困难,采用了局部平衡等效(?)的计算方法。对两类典型风洞(小尺寸电弧风洞和大尺寸... 本文给出了高驻室压力条件下的化学、振动、电离非平衡喷管一维流动的方程组(包括 V-D 耦合和电离激发效应)。为了克服高压条件下喉道前空间推进步长小的困难,采用了局部平衡等效(?)的计算方法。对两类典型风洞(小尺寸电弧风洞和大尺寸激波风洞)进行了数值计算,并对不同驻室压力、V-D 耦合、电子激发效应、不同化学模型进行了研究。计算表明,高驻室压力能够有效抑制喷管的非平衡流动。在 P_0=200MPa,T_0=8000K 条件下,喷管出口的 O_2、N_2组分浓度已接近于实际大气。 展开更多
关键词 非平衡流 喷管流动 风洞
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运动激波绕尖劈流动的研究 被引量:1
20
作者 乐嘉陵 陈阳生 《流体力学实验与测量》 CSCD 1998年第1期29-37,共9页
在激波管中进行双尖劈二维外形的激波绕流数值计算和实验研究。入射激波Ms=1.8,用激光全息双爆光技术定量测定各瞬时的密度场。计算采用欧拉方程和有限体积法进行离散并采用高精度的TVD差分格式。计算与实验两者之间的比较,... 在激波管中进行双尖劈二维外形的激波绕流数值计算和实验研究。入射激波Ms=1.8,用激光全息双爆光技术定量测定各瞬时的密度场。计算采用欧拉方程和有限体积法进行离散并采用高精度的TVD差分格式。计算与实验两者之间的比较,表明本文采用的计算方法对于解决尖点的绕流十分奏效;根据计算所获得的运动激波波系,能够判断局部区域实验测量的密度场梯度方向,从而使密度场的定量测定获得更可靠的结果。 展开更多
关键词 激波 激波管 数值计算 尖劈 激波绕流
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