警用脉冲防暴水炮管外动力过程数值模拟

为研究脉冲防暴水炮发射后在管外的动力过程,在Open FOAM软件上利用LES和VOF相耦合的方法对脉冲防暴水炮气液两相流流动过程作数值模拟。对水炮发射过程及其在距端口1.5m范围内的压力分布和速度分布做了分析。用SAMPLE软件对流场数据进行了采样,得到了用其它手段难以获得的数据。模拟表明,液柱形状急剧变化,首先形成蘑菇形,接着被压缩成半球形,在球形内部压力的作用下,半球形液弹被压缩成弧形。压力的作用距离集中在距端口300mm范围内,并很快降到了0.4MPa以下,其间因为压力有一个二次突然释放的过程,造成了二次喷射现象。速度是一个急剧先增加后减小的过程。所采用的圆柱式喷嘴使压力和速度下降太快,不利于提高水炮射程,需要改用其它类型的喷嘴。     

防暴水炮刺激剂破碎仿真研究

研究非致命性武器防暴水炮问题,刺激剂破碎雾化后能提升防暴水炮的作战性能.对防暴水炮进行研究能较清晰地看到刺激剂的破碎过程,为有利于进行破碎机理分析,提出采取大涡模拟(LES)和流体体积函数(VOF)相耦合的方法对气液两相流场在Open FOAM平台上进行仿真.仿真结果表明:初始扰动使液体表面产生不稳定波,随着扰动加剧,不稳定波迅速增长,并最终导致了液体的破碎.用不稳定性理论表示液滴的破碎参数,证明KH-RT模型能较好地实现防暴水炮气液两相流的破碎过程.     

脉冲防暴水炮运动参数仿真研究

研究增大脉冲防暴水炮的有效射程问题,脉冲防暴水炮是用于处置群体性骚乱事件的大型非致命武器装备,在实战中发挥了重要作用。为改善防暴水炮射程和刺激剂雾化效果,就需要对脉冲防暴水炮的运动参数进行优化设计。通过建立数学模型,然后运用FLUENT流体仿真软件进行运动仿真,最后结合Tecplot后期处理软件的分析,得出了初始压力、初始水量、初始射角等运动参数对水炮射程及雾化效果的影响。在综合各种因素的基础上选择出最佳初始压力和最佳水量,仿真效果比较有效,为设计提供了依据。     

锥形发射管脉冲防暴水炮雾化过程的仿真研究

研究防暴水炮优化雾化效果问题,采用流体力学和空气动力学理论,建立了脉冲水炮外流场数学模型.在VOF和LES模型相结合的基础上,将发射管形状由圆柱形改变为锥形,并利用OpenFOAM软件对近喷口流场进行了数值仿真。通过研究发现锥形发射管在雾化效果和射程上均优于圆柱形发射管,并通过对锥形发射管近喷口流场雾化形态、雾化角、速度云图的仿真、分析,确立了锥度为α=87.74°的发射管较为合理,为脉冲水炮进一步优化提供了借鉴意义。     

涡轮叶尖压力边小翼肋条对泄漏流场的数值模拟

结合基于压力修正的采用雷诺应力湍流模型加壁面函数的气维计算流体力学程序,通过在叶尖压力面表面边缘加小翼肋条的被动控制方法以期减小叶尖间隙泄漏流动带来的损失,文章对某一轴流涡轮转子叶尖间隙泄漏流场的被动控制进行了数值模拟研究,并详细分析了在不同肋条宽度下泄漏流场细节,最后计算了涡轮效率;结果表明:涡轮叶尖单压力边小翼肋条总体上减小叶尖表面压差,使得吸力面后半部分泄漏流速度减小,从而减小泄漏流动损失,但会增大通道内流动损失,涡轮转子效率下降;小翼肋条宽度有一个最佳值,小间隙下增大肋条宽度使得效率减小,大间隙下肋条宽度增大却增大涡轮转子效率;压力边小翼肋条改变了叶尖压力边附近的流场,对吸力边附近泄漏流动结构没有大的影响.     

三元催化转化器内部流场的数值模拟

随着计算机技术的发展,数值模拟已经成为研究三元催化转化器的重要手段。本文在考虑冷态流场分布及将尾气看作空气做湍流的基本假设下,运用数值模拟软件FLUENT,采用四面体混合型网格,选取k-￡模型、多孔介质模型和质量入口等边界条件,建立了三元催化转化器的物理与数学模型,对三元催化转化器内部流场进行了数值模拟研究,获得了其内部压力场、湍动能及速度场的分布状况。研究结果表明,在扩压管附近、收缩管内壁和衬垫外壁之间均形成涡流区;三元催化转化器出口处速度场急剧变化,造成能量较大损失,因此要注重三元催化转化器扩压管与收缩管锥角的设计。随后运用所建立的模型对不同扩压管与收缩管长度下的三元催化转化器内部流场进行模拟,得出该工况下最优的三元催化转化器尺寸为收缩管长21 mm,扩压管长33 mm,并验证该尺寸下三元催化转化器工作状态较优。     

时间步长对有限容积法数值模拟的影响分析

针对时间步长在CFD商业软件中的选取问题,从迭代收敛性和计算精度两个角度,讨论了时间步长对采用有限容积法的数值模拟的作用和影响.从微分方程的离散化入手,分析了时间步长对稳态问题的欠松弛作用,并指出了拟非稳态项与普通松弛因子的区别;通过误差分析指出了如何选取时间步长来提高计算精度,并用计算实例加以佐证.分析表明,时间步长对稳态及非稳态数值模拟都具有重要作用,合理的时间步长应综合考虑稳定性、收敛性和计算精度.     

燃料筒液位传感器动态校准数值模拟研究

采用CFD软件FLUENT对燃料筒中液位传感器做上升运动时液面的变化情况进行数值模拟,发现附着于传感器表面的液体的高度在某一范围上下波动.当传感器上升速度降低时,液体的附着高度也降低;当传感器上升速度不变时,进液速度的增大令液体水平面上升,因而附着高度也减小.传感器刚开始运动时,附近液面的波动比较大,然后波动减小并保持在小范围内.计算结果可为液位传感器的动态校准提供数值依据和参考.     

高粘度金属漆搅拌器流场数值模拟

金属漆粘度值高,含金属颗粒,长时间放置出现液体分层现象,影响配色准度.为对搅拌器内金属漆进行充分搅拌,使金属漆达到较高均匀度,采用k-ε湍流模型和多重参考系模型(MRF),基于CFD(计算流体动力学)技术对不同搅拌桨组合下的金属漆搅拌器进行数值模拟.数值模拟结果表明,上层搅拌桨选择错位45°折叶涡轮桨叶,下层搅拌桨选择...     

脉冲微分混沌系统动力学数值模拟与分析

由于脉冲微分混沌系统具有复杂的性态,在理论分析时具有一定的难度,而数值分析在一定程度上可以提供一些指导,所以数值模拟方法成为脉冲微分混沌系统研究的重要手段.该文设计了脉冲微分混沌系统的动力学分析算法,并将数值解以可视化的形式展现,绘制出方程组解的相图、分岔图、Poincaré截面.以具有Holling type-II功...     

基于MPI的伪谱法大涡模拟并行计算的研究

使用伪谱方法的大涡模拟准确、高效,但在高雷诺数情况下,计算量仍然非常巨大,需要采用并行方法,但是快速傅里叶变换的并行算法在实际应用中有很大的困难。针对这一问题,提出了一种新的基于MPI的伪谱法大涡模拟的并行计算方法。通过实例验证,该方法准确、易行、稳健,并且可以大幅提高计算速度,节省计算时间,这对大涡模拟在工程中的广泛应用具有重要意义。     

基于Fluent的油水分离器数值模拟分析

根据油水处理量的要求对重力式油水分离器进行简单的结构设计,运用刚盖假定方法,建立带有自由表面的重力式油水分离器内部流场的计算模型。然后运用Gambit对模型进行网格划分,采用两相流的混合湍流模型,利用Fluent软件对重力式油水分离器内部流场进行数值模拟。并详细地分析比较了三种常见的入口构件对重力式分离器内部流场流动特性的影响,从而对入口构件做出优选。     

三角形二叉树在数控加工仿真中的应用

三角片离散法在动态显示时需要渲染大量的三角片,难以保证数控加工仿真的实时性与真实性.为此,利用三角形二叉树LOD模型实现三角片的分裂与合并,通过误差二叉树、制分裂及强制合并算法控制三角片的数量.实验结果表明,与三角片离散法相比,该方法的仿真效果较好.     

电场中导电液滴电场效应的数值模拟

为研究低电导率导电液滴的电场效应,采用开源计算流体力学(CFD)软件OpenFOAM,设计了一种基于漏介质模型(leaky dielectric model)和流体体积(volume of fluid, VOF)法的电流体雾化(electrohydrodynamic atomization, EHDA)求解器,并将数值结果与Taylor的解析值进行了比较.模拟结果预测了液滴的变形方式以及液滴内外的环流模式.研究发现,在外加电场作用下,液滴会发生“扁长型”或“扁圆型”变形,并在内部形成稳定的环流,液滴只会发生变形,而不会发生宏观运动;随着电场强度的增加,液滴的变形越来越大,小变形情况下,模拟值与理论值基本吻合,验证了数值方法的正确性;当液滴的变形量较大时,模拟结果开始偏离理论值,与实验观察结果一致.此外,电导率比值的改变对液滴变形的影响也比较明显,而介电常数比的改变对液滴变形的影响则不太明显.