低密度风洞瑞利散射测速实验中纳米粒子跟随性数值分析

摘要：

在低密度风洞试验流场中,加入少量纳米粒子,可以增强瑞利散射测速试验的散射光强度.纳米粒子能否适应流场气流速度变化是测量结果准确性的关键.为了研究瑞利散射测速实验中测量到的纳米粒子的速度能否反映流场当地气流速度,采用基于直接模拟蒙特卡罗方法的稀薄两相流双向耦合算法,对低密度风洞流场中纳米粒子在大梯度流场中的跟随性进行了数值研究.仿真了10 nm,50 nm和100 nm TiO2三种尺寸的纳米粒子分别在M6和M12低密度风洞返回舱高超声速绕流流场中的运动特性.仿真结果显示,不同尺寸的纳米粒子在不同的流场稀薄度条件下的跟随性不同,纳米粒子尺寸越小,跟随性越好.在稀薄度较低的M6流场中,10 nm粒子跟随性很好,与瑞利散射测量结果比较接近,粒径50 nm以上的粒子跟随性较差,而在稀薄度较高的M12流场中,10 nm粒子的跟随性也变差,表明通过瑞利散射测量到的纳米粒子速度和流场中气体速度有一定差距,不能准确反映流场当地速度.

关键词：瑞利散射、低密度风洞、纳米粒子、跟随性、直接模拟蒙特卡罗方法

所属期刊栏目：49

分类号：O356(流体力学)

资助基金：国家重点基础研究发展计划 2014CB744100 和国家自然科学基金 11325212, 91016027 资助项目

在线出版日期：2017-12-22（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

页码：1243-1251