带鼓包的背负式大S弯进气道流场特性及参数影响规律

背负式进气口结合大S弯内管道的进气系统设计方案,由于其良好的隐身特性,在各类作战飞机上得到了广泛应用。利用自主开发的大规模并行流场解算器,对某带鼓包的背负式大S弯进气道流场特性及参数影响规律进行了一体化数值模拟研究。首先介绍了采用的数值模拟方法,通过大S弯进气道模型,验证了程序对进气道内分离流动预测的可靠性;在此基础上,对带鼓包背负式大S弯进气道在超声速来流情况下入口激波分布、进气道内部流动情况以及出口流场的气流品质进行了分析,对比分析了不同鼓包高度和唇缘后掠角对进气道性能的影响,结果显示:进气道内独特的S弯设计,会导致流动分离和二次流,造成总压损失;不同外部几何参数对进气道性能影响很大,在一定范围内,适当降低鼓包高度或减小唇缘后掠角,有利于进气道性能改善。     

内燃机螺旋进气道结构参数分析的ALE法

为提高具有螺旋进气道的内燃机进气通流能力,利用三维、可压、粘性、湍流流动模型,采用任意拉格朗日-欧拉(ALE)计算方法,对其流场进行了研究,并分析了气道倾斜角、气阀偏置等进气系统参数对流场特性的影响．通过研究发现,由于螺旋气道结构的复杂性,结构参数对具有螺旋进气道的进气系统的影响十分复杂,气道倾斜角、气道位置对缸内流动的影响是双向的,螺旋气道的总压力损失主要发生在气道部分.     

加装涡流发生器S形进气道迎角特性数值研究

为了研究加装涡流发生器后S形进气道在不同来流迎角下的内流特性,利用CFD方法对加装涡流发生器前后的S形进气道迎角特性进行了数值仿真,首先通过在已有的S形进气道内部安装涡流发生器来改善出口流场分布,给出了涡流发生器的设计参数,包括导流叶片的高度、弦长、攻角和安装站位(轴向站位和横向站位),其次,分析了不同迎角下,加装涡流发生器前后S形进气道内流特性的变化．分析结果表明,在正负10°迎角范围内,加装涡流发生器都能够改善S形进气道出口流场品质,周向畸变指数平均下降0.1,但对出口总压恢复系数没有改善．在大迎角情况下,由于进口气流产生分离,涡流发生器已无法对来流进行有效的导向作用,从而导致出口流场变得异常紊乱,周向畸变指数陡增．这些分析结果对涡流发生器的设计有一定的指导意义．     

分层充气天然气发动机混合气形成的数值解析

解析了渐缩形纵向直进气道发动机的进气过程 ,与实验结果对比验证了计算方法的可行性 .对渐缩形直进气道屋脊形燃烧室多点电喷天然气发动机混合气形成过程进行了解析 ,得到天然气 空气混合气在气缸内的速度场、空燃比分布等 ,探明了缸内纵向滚流的存在 .表明在纵向进气滚流作用下 ,压缩接近终了时 ,缸内混合气呈明显分层构造 ,在火花塞附近聚集较浓的可燃混合气 ,实现部分负荷工况下的稀薄燃烧 .     

仿生非光滑表面对车用柴油机螺旋进气道流通特性的影响

为了使半开式燃烧室柴油机具有较强的进气涡流,将凹坑、凸包、U形沟槽和V形沟槽4种仿生非光滑单元体应用到柴油机螺旋进气道内表面。使用CATIA、Hypermesh和Fluent软件对仿生非光滑表面进气道进行了CFD数值模拟分析。通过对4种非光滑表面以及光滑表面进气道的流量系数和涡流比进行对比分析发现:在流量系数变化程度较小的情况下,仿生非光滑表面进气道可以显著提高涡流强度。     

基于FIRE的二甲醚-空气预混特性的模拟

为研究内燃机代用燃料的燃烧特性,在一台压燃式发动机上对二甲醚-空气在进气道内的预混特性进行了模拟.在选定初始条件的情况下,运用FIRE软件对GW4D20发动机进气道内气体流动进行了三维数值模拟,对相应的进气道速度流场进行了分析.结果表明:二甲醚在传统压燃式发动机上应用时,需要对其进气道进行结构优化,以改善混合气均匀性,并减少死区数量;其次,对进气歧管位置进行调整和对流体流动引导可以形成滚流,加速混合气的混合;此外,流量增加20%时,速度接近为0的区域减少,因此在进气前端加装增压装置,有利于混合气的预混.     

分层充气天然气发动机混合气形成的数值解析

解析了渐缩形纵向直进气道发动机的进气过程，与实验结果对比验证了计算方法的可行性．对渐缩形直进气道屋脊形燃烧室多点电喷天然气发动机混合气形成过程进行了解析，得到天然气．空气混合气在气缸内的速度场、空燃比分布等，探明了缸内纵向滚流的存在．表明在纵向进气滚流作用下，压缩接近终了时，缸内混合气呈明显分层构造，在火花塞附近聚集较浓的可燃混合气，实现部分负荷工况下的稀薄燃烧．     

柴油机高压进气流动模拟中的湍流模型应用研究

针对柴油机功率密度提高后,进气流动马赫数增大导致严重的流动分离现象,采用k-ε和k-ζ-f湍流涡粘度模型,对U型通道内的气流的运动进行了数值模拟.结果显示k-ζ-f湍流模型能更有效地捕捉到分离流动现象.建立了等效进气门模型,应用三维CFD技术模拟了进气流动速度场,与PIV试验结果对比表明,k-ζ-f模型能更准确地表征进气流动的旋涡和流动分离现象.选择k-ζ-f湍流模型对柴油机直进气道在高压差进气条件下的流量系数进行了模拟,与试验结果吻合良好.     

船用燃气轮机进气道结冰位置研究

针对船用燃气轮机进气道结冰问题，本文采用数值模拟的方法开展了风速、进气风向角对船用燃气轮机进气道结冰的影响研究，分析了不同风速、进气风向角下进气道内流场、水撞击系数以及结冰规律。研究结果表明：进气道内主要结冰位置为进气竖井弧形区域以及进气竖井和稳压箱连接部分的渐缩段，且随着风速的增高，结冰位置越集中；低风速工况的水收集系数以及平均结冰系数大于高风速工况，液滴在进气道内更易结冰；当进气风向角为135°时，进气道内积冰最为严重。     

气动发动机缸内流场的动态特征

为了解压缩空气所存储的压力能在气动发动机工作过程中的能量分布情况，采用重整化群（RNG）k-ε模型对气动发动机的工作过程进行了数值仿真，再现了气动发动机缸内流场的演变过程.仿真得到了缸内气体压力能、湍动能和输出功等重要参数随曲轴旋转的分布情况以及排气损失、流动损失等占进入气缸总能量的比例.分析表明，在进气过程中进气道及其附近因气流强烈的湍流运动引起的流动损失以及排气所带走的能量是造成高压进气可用能损失的主要因素，当转速为1 500 r/min时，两者分别占进气可用能的15.39%和27.21%.对气动发动机的气缸及进气道结构进行优化设计，合理组织进气气流和缸内流场，可以减小流动损失和排气损失,从而提高发动机的动力性能和经济性能.     

进气道结构对汽油转子发动机燃烧过程的影响

为了研究进气道结构对于转子发动机性能的影响,基于CONVERGE,构建了适合汽油转子发动机工作过程的数值模拟计算模型,并与试验结果进行验证.通过对比端面进气、周边进气和复合进气结构下转子发动机的缸内流场、火焰传播及排放物形成过程,研究了进气道结构对转子发动机燃烧过程的影响.结果表明:不同进气道结构导致缸内流场差异明显;在上止点附近,周边进气的混合气流速比端面和复合进气分别快16. 41%和6. 57%; 3种进气道结构下,周边进气火焰传播最快,燃烧速率最高;与端面进气相比,复合进气的峰值缸压提升6. 05%,所对应的曲轴转角提前4. 95°;在排气门开启时刻,端面进气方式下NO_x排放最低,复合进气的CO排放比端面进气降低1. 03%.     

发动机进气流量对前缘水滴撞击特性的影响

为了掌握发动机进气流量对水滴撞击特性的影响规律,采用欧拉方法建立水滴运动方程,基于分区多块结构网格体系求解水滴运动轨迹,提出了复杂外形飞机水滴撞击特性的计算方法.基于该方法对发动机进气道唇口进行水滴撞击特性分析,研究了不同发动机进气流量对进气道唇口水滴撞击特性的影响.结果表明,发动机进气流量越大,水滴收集系数最大值越大.因此,航空发动机吊舱进气道前缘的防除冰系统设计必须考虑不同飞行状态下进气流量的影响.     

S弯进气道隐身设计中弯度参数研究

进气道是飞行器头向重点姿态角域内的强散射源．雷达散射截面减缩方法之一是将进气道设计成S弯形,以增加电磁波在进气道内反射次数,减少后向回波．在微波暗室内对系列S弯进气道进行了测试,研究上下弯折和水平弯折的进气道相对弯度对S弯形进气道散射的影响．实验结果表明,垂直极化下头向雷达散射截面均值随弯度呈“W”形变化,有两个极小值;水平极化下两种弯折方式头向雷达散射截面均值变化趋势差异较大,上下弯折时呈“W”形变化,水平弯折时单调降低．总体而言,适当的相对弯度可以较好地降低进气道的后向雷达散射截面．     

切向进气道内燃机进气系统流场的数值模拟

为提高换气系统流动性能，采用数值计算方法对具有切向进气道的内燃机进气系统三维流场进行了研究。模拟计算采用三维、可压、粘性、湍流模型和SIMPLE数值计算方法。通过计算发现，在进气道内，切向气道没有涡流产生；进入气缸的气流，以一定的倾斜度与气阀和缸壁产生碰撞，是产生缸内旋流的主要原因，气体的碰撞和分离沿气缸横截面产生两个旋转方向相反的旋涡；随着气体逐渐远离气阀，缸内小旋涡与主旋流逐步合，形成了单一方向的旋流。研究结果表明，采用三维流动数值模型可获得稳流试验中难以得到的进气道和缸内流动规律，为气道设计提供更有力的依据。     

基于CFD的仿生非光滑表面柴油机螺旋进气道对进气过程质量流率的影响分析

通过在柴油机螺旋进气道表面增加仿生非光滑单元体,运用catia软件和gambit软件进行模型建立及网格划分,应用fluent软件和动网格技术对柴油机工作时的瞬态进气过程进行CFD分析;对比分析得出仿生非光滑表面显著提高了进气过程中进气道内气体的流速和质量流率。     

MPI天然气发动机混合气形成过程的数值模拟

采用数值模拟方法,对渐缩形直进气道屋脊形燃烧室多点电喷(MPI)方式天然气发动机中混合气的形成过程进行解析,得到了天然气-空气混合气在气缸内的速度场、浓度场等.结果表明在纵向进气滚流作用下,压缩终了时,缸内混合气明显呈分层构造,在火花塞附近聚集较浓的可燃混合气,实现部分负荷工况下的稀薄燃烧.     

非道路用柴油机进气压缩过程数值模拟

采用CFD软件STAR-CD及ES-ICE建立柴油机三维数值计算模型,模拟研究了转速、负荷、增压等因素对进气及缸内气体流动的影响。为了分析螺旋气道进气流通性能,将进气门进气区域划分为4个扇区,并应用一维分析软件GT-Power和试验数据为三维瞬态数值模拟计算提供边界条件和初始条件。研究表明,螺旋进气道存在气流交汇区域,会降低气道流通性能,气门处各扇区进气量及进气波动情况并不一致;涡流强度和缸内湍动能随转速的上升而增加,柴油机采用增压后缸内涡流强度会有一定的提高,但对湍动能的影响较小;而负荷对涡流强度和湍动能的影响都较小。     

MPI天然气发动机混合气形成过程的数值模拟

采用数值模拟方法，对渐缩形直进气道屋脊形燃烧室多点电喷(MPl)方式天然气发动机中混合气的形成过程进行解析，得到了天然气一空气混合气在气缸内的速度场、浓度场等。结果表明在纵向进气滚流作用下，压缩终了时，缸内混合气明显呈分层构造，在火花塞附近聚集较浓的可燃混合气，实现部分负荷工况下的稀薄燃烧。     

小排量增压汽油机进气特性研究

使用FIER软件对某1.5T汽油机的进气过程进行仿真分析.首先使用Pro/E软件建立进气道几何模型;然后将其导入到FIER软件生成定网格、动网格,通过确定边界及初始条件、选择湍流模型、计算方法、松弛因子、试算等步骤完成前期准备;最后计算获取该机进气过程的瞬时流场数据和动态仿真结果.通过对仿真结果分析,总结出该机进气过程的特点,为其进气道的改进提供依据.     

三维S形进气道的面松弛有限元素法计算

S形进气道内外流场的计算对工程设计具有重大价值,本文用有限元素法计算了S形进气道内流场。以三维的速势方程作为控制方程,用Galerkin法形成有限元方程。把有限差分解和摄动法解作为边界条件,在靠近进气道进口一段区域内嵌入有限元素法求解,修正局部计算精度比较差的区域。本文提出了有限元方程求解中的面松弛改进迭代方法,以解决非线性迭代及三维有限元方程的求解问题,使得计算机的存贮量大大降低,并加快了收敛速度。成功地运用把摄动法、有限差分法和有限元素法结合起来计算流场的思想,求解了比较复杂的流场。用本文的方法得到了良好精度的收敛解,计算结果表明此方法对于计算三维问题是有效的。