壁面函数在复杂流场计算中的应用

在工程应用中通常使用壁面函数进行流场计算，为将该法应用于复杂区域流场，该文利用张量理论详细推导了壁面函数在空间任意弯曲壁面上的表达形式，并采用该组公式对3种不同形式的燃气轮机燃烧室的三维两相化学反应流场进行了数值模拟．计算结果合理，表明上述壁面函数处理方法是正确的，可用于复杂区域流场的计算，流场计算机程序可为燃烧室的研制和优化设计提供有用数据．     

基于燃面推移的内流场数值仿真

基于处理移动边界的动网格技术,采用隐式的、非定常的耦合解法,选用k-ε双方程的Realizable湍流模型和壁面函数法,对某小型固体火箭发动机粘性的、可压缩的、高雷诺数的燃烧室-喷管湍流流场进行了一体化的数值计算,得到其在移动边界条件下瞬态的流场分布,并分析了其完整的内弹道各参数随着装药燃面推移而连续变化的规律,通过数据拟合出的三条内弹道特性参数曲线与试验数据符合较好,说明文中所采用的内弹道数值仿真计算方法可靠.     

微波与被物质覆盖的壁面的相互作用

本文对激波与被物质覆盖的壁面相互作用进行了数值研究。结果表明，覆盖物与主气流的密度比η会影响流场结构和壁面压力分析。η＞1时，激波在物质界面附近向内弯曲，并在壁面作正规或Mach反射，壁面上的压力峰值高于无物质覆盖的壁面。η＜1时，激波在物质界面分叉形成λ波，壁面压力峰值则低于无物质覆盖的壁面。     

长方体密闭结构内爆炸冲击波传播与叠加分析模型

采用镜像爆源构建内爆炸结构壁面反射作用与非线性叠加处理多波耦合效应相结合的方法,建立了长方体密闭结构内爆炸冲击波传播和叠加分析模型。该模型可以用于内爆炸荷载的快速工程计算。算例分析表明,结构壁面点上第一峰值超压、脉冲宽度和比冲量的预测值与试验结果的最大相对误差分别为-10.5%、-19.2%和13.2%,模型预测内爆炸冲击波特征参量与试验结果较为吻合,验证了该分析模型的有效性。     

面向超音速燃烧室方案设计的一维流场分析模型

由气体动力学基本定律，推导出燃烧室性能分析的一种一元流计算方法。该方法考虑了面积变化、质量添加、两相流、多组分效应、化学反应、壁面摩擦、壁面散热等因素的影响。与试验数据的对比分析表明，该方法能够准确描述超音速燃烧室两相参数分布，从而为燃烧室方案设计阶段的快速性能评估和设计优化提供一种有效的手段。     

膜态沸腾球体水下运动减阻特性

为揭示膜态沸腾球体水下运动减阻机理,基于计算流体力学方法,采用Mixture多相流模型,耦合蒸发-冷凝相变模型,对亚临界雷诺数范围内的膜态沸腾球体绕流减阻特性进行数值仿真,得到的阻力系数与文献[11]实验结果具有较好的一致性。对比分析了普通球体与膜态沸腾球体的绕流特性,研究了雷诺数对膜态沸腾球体绕流特性的影响,分析了膜态沸腾球体绕流运动减阻机理。仿真结果表明:膜态沸腾球体蒸汽膜的存在使球体壁面的无滑移边界条件转化为蒸汽膜的滑移边界条件,减小了壁面对流体的粘滞作用,使流动分离点向尾部移动,减小了球体绕流阻力;蒸汽会在球体尾部发生堆积,随着雷诺数的增大,堆积位置向后移动,阻力系数变小,尾部流动更趋于流线型。     

一种具有TVD性质的高阶迎风格式

将传统的GDQ方法与迎风思想相结合，通过通量修正，构造出一种具有TVD性质高精度守恒型差分格式。数值试验证明该方法能够很好地模拟激波、压缩波、稀疏波和接触间断等流场特性，并具有精度高、计算量小、形式简单、边界条件易于处理等优点。     

微细圆管内火药燃烧稳定性影响因素的数值模拟

为了解微燃烧器内固体含能材料燃烧的影响因素,采用ANSYS瞬态热分析研究了微细圆管燃烧器内固体药柱燃烧时,燃烧器尺寸、壁厚和壁面热传导系数对燃烧器壁面温度分布和热损失的影响。结果表明:燃烧器壁面的热量传递是决定微尺寸下能否稳定燃烧的关键。随着燃烧器尺寸的减小,加强了燃气和壁面的相互作用,热损失增大,导致燃烧不稳定甚至熄灭。而壁面热传导系数对壁面热量传递起着竞争的作用,随着壁面热传导系数的减小,壁面热损失和壁面轴向传导至预热区的热量均减小,但前者的作用较大,利于燃烧稳定。另外研究表明,在一定壁厚范围内,增加壁厚有利于燃烧稳定。     

基于响应面法的软回收系统排气装置优化设计

针对智能弹药中的软回收系统排气装置,采用稀疏网格响应面模型与多目标遗传算法(multi-objective genetic algorithm,MOGA)联合对其进行优化设计。将初步参数模型作为流场边界条件,结合内弹道条件分析真实流场壁面上的压力分布;通过流固耦合分析得到排气管的应力变形分布,以此修正最终模型,得到排气管尺寸参数的最优解。结果表明,该设计可为回收系统精细化分析、试验奠定理论基础。     

固体火箭发动机燃烧室湍流流场的数值模拟

发展了一种在任意曲线坐标系上求解湍流Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程的数值方法，采用了雷诺时均方程、Ｋ－ε两方程模型，并使用壁面函数法处理近壁区，在准定常假设下，计算了固体火箭发动机燃烧室内的二维轴对称不可压流场．该算法以ＳＩＭＰＬＥ为基础，但计算是在非交错网络上进行的．计算结果表明：二维计算与传统的一维计算相比，能较全面地反映出通道内各参数的分布，并能反映出通道发生变化所引起的流场变化．湍流与层流计算相比各参数的分布有一定差别．     

激光多点点火二维两相流数值模拟

激光点火技术是一种新型点传火技术,为了研究激光多点点火对膛内压力波动、燃烧稳定性等的影响进行了数值模拟。以某短身管30 mm火炮激光点火过程为研究对象,建立了二维两相流数学物理模型,采用MacCormack两步预估校正差分格式及"运动控制体"运动边界处理方法实现数值计算。数值计算结果与实验有较好的一致性,对激光点火系统设计具有参考意义。     

膛内边界层数值模拟研究

建立了火炮膛内非定常、可压缩的湍流边界层微分方程数学模型 ,进行了以核心流为准两相流、边界层为湍流的气流传热和膛壁固壁传热的数值仿真 .与实验结果比较表明 ,本文所建立的模型能够很好地模拟火炮膛壁表面温度的变化规律 ,为身管寿命问题的研究起到了重要的作用     

某小口径枪械内弹道时期枪管的动态响应研究

为了研究内弹道时期枪管的动态响应规律,基于3D-DIC数据采集系统得到了内弹道时期枪管的动态响应,建立了随动边界条件下枪管热弹耦合模型和枪管振动有限元模型,并将有限元模型计算结果与协同仿真模型结合,采用随机理论模拟100 m立靶的弹丸落点。有限元结果得到了试验的验证。研究表明:随动边界会导致枪管的应力响应沿着轴线方向存在极大的不均匀性,并且热载荷的作用会提高枪管内壁的应力响应峰值,内弹道时期枪口振动响应大致可以分为下垂—回弹—下垂3个部分,利用简化后协同仿真模型能较好地预测小口径武器单发射弹散布。     

自行火炮身管温度响应试验及数值模拟

建立了核心流为两相流的传热模型，对155mm自行火炮单发射击条件下，身管温度响应进行了数值模拟。计算中采用了径向距离变换函数加密网格的方法。与实验结果比较表明，所建立的模型能够较好地模拟膛壁表面的温度响应问题，所使用的网格加密方法可以有效地提高收敛速度，改善计算精度。     

考虑壁面滑移修正的硝基胍发射药流道内数值模拟

壁面滑移是影响发射药压伸成型质量的重要因素之一。为了提高七孔硝基胍发射药压伸成型数值仿真的精确度,研究了发射药药料壁面滑移机理,建立了考虑壁面滑移修正的发射药流动的数学模型。采用有限元方法对七孔硝基胍发射药压伸成型工艺进行了数值模拟。对壁面考虑滑移与未考虑滑移时发射药流道内的压力场,速度场,收缩段与成型段交界处速度矢量分布情况进行了对比分析。通过发射药压伸试验进行了仿真验证。结果表明,壁面滑移降低了发射药成型压力,提高了发射药出口速率的均匀性,有利于发射药压伸成型。发射药实际尺寸与仿真尺寸误差均小于2.0%,其中,外径尺寸误差为0.59%,外弧误差为0.36%,内弧误差为1.80%,孔径误差为1.67%,中心孔径误差为1.72%,仿真工艺符合实际加工。     

基于火炮膛内气固两相流的热散失模型数值仿真

火炮发射过程中的热散失会影响内弹道性能。在数值仿真时由于直接计算热散失较为困难,通常采用对火药力或者燃气的绝热指数进行修正的方法,但该方法无法准确预测内弹道的性能。为此该文提出了一种基于气固两相流模型的热散失计算方法,从高温燃气与身管内壁的热交换出发,建立热散失模型,并将热散失模型与火炮膛内气固两相流模型耦合,热散失量将在气相能量守恒方程中的源项中考虑。以某155 mm火炮为研究对象,采用MacCormack差分格式求解修正后的气固两相流模型,获得膛内流场变化情况。求解得到的流场参量作为热散失模型和身管传热模型的输入参数,计算出内弹道过程中总热散失量以及身管径向温度分布规律。对给出的2种测试工况进行仿真计算,计算结果与实验结果的比较表明,考虑热散失时各指标误差明显减小,最大压力误差小于1.0%,初速误差小于0.5%。总热散失占火药燃烧后产生总能量的2%～4%。证明了该方法的可行性和优越性,有助于提高内弹道仿真的精度。     

某防暴枪准两相流内弹道模型及数值模拟

从近代内弹道学理论入手,在欧拉坐标系下建立某防暴枪内弹道准两相流的数学模型。在给定假设条件下,给出模型的基本方程组及其定解条件。利用Fortran语言编制膛内准两相流场的计算软件,并以18.4 mm某防暴枪为例,获得该防暴枪准两相流各参数的变化规律。该研究可为进一步研究防暴武器工作机理打下坚实的基础。     

基于应变测试系统的二级轻气炮活塞运动测量

为了研究活塞在二级轻气炮泵管中的运动过程,利用应变测量技术对活塞运动规律进行测量研究。通过对57 mm/10 mm二级轻气炮泵管外壁按一定距离布设应变片测点,对轻气炮发射过程中的活塞运动导致泵管环向应变进行监视测量,直接得到典型实验条件下活塞运动过程中的内弹道压力变化,并通过推导得到活塞运动时程及位移与弹底压力的关系。结果表明：实验得到的活塞速度、位移之间关系与相关理论计算结果吻合良好,验证了该方法研究活塞在轻气炮内弹道运动规律的可行性,为优化轻气炮内弹道程序参数和提高二级轻气炮的发射性能提供实验支持。     

连续射击下的枪管瞬态传热模型

针对连续射击过程中周期性瞬态热冲击引发的身管烧蚀问题,建立了身管一维瞬态传热的数学模型。采用能量平衡法,应用交替隐式差分格式(ADI),推导了内节点及边界点的有限差分方程,以经典内弹道数值计算结果为基础,通过VB编程求解了连续射击120发弹过程中某12.7 mm机枪枪管的温度场分布。采用红外热像仪对身管外壁温度进行了测试,数值仿真结果相对于实验结果的误差小于10%,所建模型及采用的算法是有效的。研究得到的枪管温度场的变化规律为更加深入地研究身管烧蚀机理、设计身管结构以及预测身管寿命提供了可靠的理论依据。