高速空气与燃气的混合过程直接影响着组合循环发动机的推力性能。论文以空气与燃气的混合过程为研究背景,以超声速混合层为研究对象,综合采用大涡模拟(LES)和基于纳米示综的平面激光散射技术(NPLS)深入揭示平板与波瓣混合器下游流场特性,探究波瓣混合器的混合增强机理。首先,对平板混合层的增长与混合特性进行分析。来流经过一定厚度的隔板尾缘后会产生不同的脱落频率,脱落频率主导着混合层大尺度涡结构的发展演化。较小的隔板厚度诱导产生较大的涡脱落频率,促使涡迅速卷起,但卷起的涡结构尺度较小;较大的隔板厚度诱导产生的涡脱落频率较小,涡卷起所需要的流向距离较长,在多种高频谐波的共同作用下涡与涡之间发生对并,最后卷起的涡结构尺度较大。另外,温度比对平板混合层的影响体现在:增加温度比可以适当的增加平板尾缘产生的脱落频率,脱落频率仍主导混合层大尺度涡结构的发展演化。在较低温度比的情况下,流场中存在主频与高频谐波,并产生涡并现象。随着温度比的增加,主频选择放大作用明显,涡并现象消失,且温度比的增加将推迟混合层涡卷起位置。温度比在对流马赫数对混合层厚度的影响中起着正向推动的作用。随后,针对波瓣混合器的流场特性和混合机理进行了试验及仿真研究,流向涡的混合增强机理有两点:一是由于大尺度涡的卷吸作用使更多的流体被卷吸进混合区内,增加掺混气体的接触面积,促使混合区不断发展;二是由于展向涡的“剪切”作用,混合区域的大尺度流向涡逐渐破碎成小尺度的涡结构,延展混合层接触界面,增强标量混合。流场中有四个大尺度流向涡结构,说明本波瓣混合器可明显地增强混合。另外,波瓣的几何参数将对流场产生重要的影响,其中波长决定近波瓣尾缘处的流向涡分布和混合层厚度。瓣角越大流向涡的环量越大,总压损失越小,存在一个最优的瓣角和波长使混合率达到最大。