涡流冷壁推力室传热模型分析计算

研究发动机燃烧室温度优化控制问题,由于燃烧室温度控制较难,为了预估新型涡流燃烧冷壁火箭发动机的壁面温度,根据发动机内部流动和传热分析,对组合化学平衡、辐射传热和热传导特性,提出了一维传热模型.采用模型对以氢氧为推进剂的涡流燃烧室进行了传热过程和影响因素的仿真分析,获得了稳定状态下的壁面温度,以及燃烧室压力、氧化剂喷注速度、燃烧室长度等参数对壁温的影响关系,仿真结果与实验一致.证明模型为涡流燃烧发动机设计提供了重要工具,对进一步的实验研究有指导意义.     

针栓式变推力火箭发动机内流场数值仿真研究

发动机推力室的工作过程直接影响到发动机的性能,在设计过程中,从理论上分析推力室内的燃烧流动过程具有非常重要.通过数值仿真,可以大大缩短发动机的研制和改进设计周期,减少研制经费.针对自燃推进剂针栓式变推力液体火箭发动机燃烧与流动的特点,借助CFD计算软件FLUENT,采用标准k-ε湍流模型及有限速率化学反应模型,对采用针栓式喷注器的变推力液体火箭发动机的推力室喷雾燃烧过程进行了数值仿真.计算结果得到了压强分布,温度分布,牛成物的摩尔分数分布,粒子轨迹分布、流强、混合比分布以及流动码赫数分布等,并对流场结构和影响发动机性能的喷注器参数进行了分析.数值计算结果可为变推力发动机喷注器和推力室的设计和优化提供参考.     

旋转固体发动机燃烧室-喷管两相流数值仿真

针对旋转引起的固体发动机内弹道性能和热防护性能变化影响发动机推力性能,从旋转对发动机内部燃气流动影响出发,用Reynolds时均N-S方程、Reynolds应力方程湍流模型(RSM)和颗粒随机轨道模型,在FLUENT软件上对不同旋转转速的固体发动机燃烧室-喷管内气-固两相流动进行了一体化数值仿真,比较了有无旋转两种状态下的流场结构,研究了转速对流场结构和发动机热结构的影响,并进一步研究了发动机的工作特性.仿真结果表明,发动机旋转使燃烧室内部流场结构发生显著变化,流场结构呈组合涡形式,粒子严重偏离发动机对称轴,导致燃烧室压强升高,推进剂燃速增大,发动机工作时间变短,热防护环境恶化,工作性能降低.这些变化随转速的增加呈现加剧趋势.研究结果为发动机设计提供了一定的技术支持.     

旋转发动机燃烧室头部气-固两相流场结构分析

在固体火箭发动机性能的研究中,采用N-S方程、Reynolds湍流模型和颗粒随机轨道模型建立了旋转固体火箭发动机头部区域气-固两相流数学模型,针对安全性,使用FLUENT软件对不同转速发动机头部区域流场进行了数值仿真,分析和比较了有无旋转两种状态下燃烧室头部区域流场结构,研究了转速对燃烧室头部流场结构及热环境的影响.结果表明:发动机的旋转使燃烧室内部流动与传热发生显著变化,导致燃烧室头部压强升高,热防护环境恶化,而且,变化随着转速的增加而迅速加剧,影响发动机内弹道性能和头部热防护性能,为发动机设计提供安全保障的依据.     

旋转固体火箭发动机统一流场计算

为了进一步研究旋转对固体火箭发动机工作的影响,采用RSM湍流模型对内孔燃烧、内孔与端面同时燃烧管状装药旋转固体火箭发动机统一流场进行了仿真。采用UDF编程给出质量入口边界,获得了旋转条件下发动机内流场结构参数特点,并给予理论说明。计算结果表明,内孔燃烧装药发动机切向速度流场类似于典型的Rankine涡,端面和内孔同时燃烧装药发动机切向速度流场呈现出Rankine涡和由端面燃烧引起的强迫涡的复杂组合涡;在发动机前封头和喷管喉部涡核切向速度峰值非常大,使燃烧室前封头和喷管喉部工作环境显著恶化;旋转使发动机燃烧室压力沿径向逐渐增大,强迫涡附近的压力梯度远大于推进剂表面的压力梯度。     

瓦斯发电系统建模与仿真

针对燃气瓦斯发电系统中的动力传递过程进行建模研究,研究了燃气发动机的工作原理以及影响发动机输出的核心参数,推导了发动机输出与节气门、空燃比等参数的关联模型,并在Simulink下搭建了空气流量控制、燃烧控制以及燃料控制部分的仿真模型,应用Stateflow工具箱实现了不同空气、压力、速度以及节气门角度参数条件下,发动机对应的输出变化.实验结果与发动机的出厂MAP参数对比表明,仿真模型能够正确模拟发动机的工作特性;依托该模型,可以实现常见故障的模拟仿真,为后续故障诊断的研究奠定基础.     

台阶和扩张形式对超燃燃烧室影响的数值研究

采用二阶迎风差分格式、RNG k-ε湍流模型及乙烯/空气八组分九反应化学反应模型,针对单台阶单面扩张、单台阶双面扩张、双台阶单面扩张以及双台阶双面扩张四种超燃冲压发动机燃烧室构型,分别计算了燃烧室内冷流流场和燃烧流场.计算结果表明:在计算条件,在总台阶高度一定的条件下,采用单台阶结构的超燃燃烧室比采用双台阶结构的超燃燃烧室具有更好的燃烧性能;在总扩张角一定的条件下,双面扩张结构的超燃燃烧室性能较单面扩张的占优势.     

空气入口速度对冲压发动机补燃室流场的影响

冲压发动机的空气入口的速度,会影响一次燃气在冲压发动机补燃室内的二次燃烧.为了提高燃烧室的燃烧效率,采用标准k-ε两方程模型和PDF燃烧模型,用双侧进气的非壅塞冲压发动机补燃室内的三维流场进行了数值仿真,分析了不同空气入口马赫数对补燃室流场的影响.结果表明,随着空气入口马赫数的增大,补燃室头部的涡流增强,但是空气在补燃...     

超燃冲压发动机燃烧室液体射流雾化数值模拟

为了研究超燃冲压发动机燃烧室中液体射流喷射压力、燃烧室进口总温以及液体物性对射流雾化特性的影响,使用计算流体力学软件对超声速燃烧室中的液体雾化两相流场进行了数值模拟.计算采用欧拉-拉格朗日方法,NG k-ε湍流模型,波致破碎模型.计算结果表明,喷射压力增大,液体射流的穿透深度增加;燃烧室进口总温升高,液体射流的穿透深度减少;表面张力对雾化粒径的影响比动力粘度的影响显著,液体表面张力越大,雾化形成的液滴粒径越大.     

冲压发动机进气道堵盖碎块运动仿真研究

整体式冲压发动机进气道出口堵盖大多为可抛易碎式,助推器工作结束后,堵盖会分裂成小碎块随气流进入燃烧室内.碎块在运动过程中,可能与燃烧室壁面发生碰撞,当碰撞严重时,会对热防护结构造成破坏.在非定常流场数值仿真结果的基础上,经过适当地简化,模拟了冲压发动机可抛易碎式堵盖碎块在燃烧室内的运动过程.仿真研究表明,堵盖破碎后大部分碎块会在燃烧室中后部与壁面发生碰撞;离燃烧室头部较近的堵盖破碎后,朝壁面运动的趋势更明显,危害性更大;碎块的运动过程与相对气流的速度密切相关,而与自身受到的重力关系不大;增大气流沿燃烧室轴线方向的速度分量有利于减小碎块对壁面的撞击力;堵盖所用材料的密度及碎块的尺寸对其运动轨迹影响不明显.     

Studies of particle holding,separating, and focusing using convergent electrodes in microsorters

This paper presents numerical simulation results on the efficacy of dielectrophoretic (DEP) convergent electrodes in a particle sorter. DEP forces created by non-uniform electric fields are used as holding forces to trap and select the particles from a mixture of many samples, as well as confining forces to focus the particles into a single particle stream in the microsorter for further analysis. The key mechanism of the sorter that can hold particles against destabilizing fluid flows is investigated in this study. A barrier is found at X/L=0.84 and Y=0 in the present DEP sorter. By comparing the DEP and hydrodynamic forces at the barrier, one can determine the release velocity when the zero-net-force condition ceases to exist and the particles start to be released.     

基于Metropolis-Hastings变异的粒子群优化粒子滤波器

为了解决粒子滤波在粒子数量较少时估计精度不高的问题,提出了一种基于Metropolis-Hastings(MH)变异的粒子群优化粒子滤波算法。该算法将Metropolis-Hastings(MH)移动作为粒子群优化的变异算子,通过将MH变异规则与粒子群的速度-位置搜索过程相结合,使得重采样后的粒子群更接近真实的后验概率密度分布,有效解决了一般的变异粒子群算法容易发散的问题,加快了粒子滤波在序贯估计过程中的收敛速度,提高了其估计精度。仿真试验证明,基于MH变异的粒子群优化粒子滤波算法可以有效地克服粒子贫化现象,改善对非线性系统的跟踪估计效果。     

A study of particle swarm optimization particle trajectories

Particle swarm optimization (PSO) has shown to be an efficient, robust and simple optimization algorithm. Most of the PSO studies are empirical, with only a few theoretical analyses that concentrate on understanding particle trajectories. These theoretical studies concentrate mainly on simplified PSO systems. This paper overviews current theoretical studies, and extend these studies to investigate particle trajectories for general swarms to include the influence of the inertia term. The paper also provides a formal proof that each particle converges to a stable point. An empirical analysis of multi-dimensional stochastic particles is also presented. Experimental results are provided to support the conclusions drawn from the theoretical findings.     

基于自适应人工鱼群的粒子滤波算法

针对粒子滤波算法中存在粒子退化及粒子枯竭的问题,本文提出一种自适应的人工鱼群粒子滤波算法,该算法通过把觅食行为和聚群行为引入粒子滤波算法中,并自适应调整人工鱼的移动步长和视野范围,从而增加了粒子的多样性,克服了粒子退化及粒子枯竭问题;驱动粒子向最优位置靠近,克服粒子易陷入局部最优问题,增强了粒子的全局搜索能力。仿真实验表明,本文提出的算法与人工鱼群粒子滤波及标准粒子滤波算法相比,滤波精度有显著的提高。     

A measure of spatial disorder in particle methods

In the present work we describe a numerical algorithm which gives a measure of the disorder in particle distributions in two and three dimensions. This applies to particle methods in general, disregarding the fact they use topological connections between particles or not. The proposed measure of particle disorder is tested on specific configurations obtained through the perturbation of a regular lattice. It turns out that the disorder measure may be qualitatively related to the mean absolute value of the perturbation. Finally, some applications of the proposed algorithm are shown by using the Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) method.     

一种基于小生境技术的群智能粒子滤波算法

针对基本粒子滤波存在严重的退化问题和重采样技术导致粒子枯竭的问题,提出一种新型粒子滤波算法——基于小生境技术的群智能优化粒子滤波算法.通过多模寻优增强粒子的多样性和寻优能力,使得采样后的粒子向高似然区域移动,从而有效地提高了系统状态估计精度.仿真实验表明,该算法是有效而稳定的.     

3D游戏中的粒子系统

根据《游戏开发中的粒子系统分析》一文,介绍利用OpenGL制作的3D粒子系统。     

基于粒子系统与LOD技术的实时雨雪效果模拟

在虚拟场景中加入雨雪的效果可以大大增加虚拟现实的真实性.粒子系统是模拟雨雪效果的有效方法,但是数量众多的粒子却增加了场景中的顶点数目,给仿真增添了许多困难.通过对粒子系统与LOD技术的深入研究,提出了一种新的应用于大规模场景的雨雪模拟实时算法.该算法的基本思想是结合粒子系统,根据人体视觉深度原理,采用LOD技术,根据粒子与观测点的距离对雨雪的密度进行分级,并对粒子发射器进行优化,提高粒子的利用效率,达到高效仿真的效果.     

Particle Flow制作龙卷风的原理研究

3DsMax中的ParticleFlow粒子流系统是很多大型影片中特效制作的主要工具,它的出现给影视制作带来了无限的生命力,本文通过利用ParticleFlow粒子流系统制作龙卷风探讨PF粒子流的设置及“力”的应用。     

Markerless human articulated tracking using hierarchical particle swarm optimisation

In this paper, we address markerless full-body articulated human motion tracking from multi-view video sequences acquired in a studio environment. The tracking is formulated as a multi-dimensional non-linear optimisation and solved using particle swarm optimisation (PSO), a swarm-intelligence algorithm which has gained popularity in recent years due to its ability to solve difficult non-linear optimisation problems. We show that a small number of particles achieves accuracy levels comparable with several recent algorithms. PSO initialises automatically, does not need a sequence-specific motion model and recovers from temporary tracking divergence through the use of a powerful hierarchical search algorithm (HPSO). We compare experimentally HPSO with particle filter (PF), annealed particle filter (APF) and partitioned sampling annealed particle filter (PSAPF) using the computational framework provided by Balan et al. HPSO accuracy and consistency are better than PF and compare favourably with those of APF and PSAPF, outperforming it in sequences with sudden and fast motion. We also report an extensive experimental study of HPSO over ranges of values of its parameters.