超音速流体放大器数值模拟

采用Gauss-Seidel迭代法，计算了超音速流体放大器的内部流场。流动控制方程使用雷诺平均Navier-Stokes方程，湍流模式选用Realizable k-epsilon湍流模式，近壁区用二层分区模型处理。数值模拟表明，超音速流体放大器的内部流场里存在射流偏转、流动分离和激波相交、反射等复杂流动现象。     

偏导射流伺服阀前置级流场特性研究

建立偏导射流伺服阀前置级流场精确且完整的数学模型,对伺服阀先导级设计和研究有着重要作用。将射流过程分为初次射流、偏导板压力恢复、二次射流、接收口压力恢复4个阶段,在前置级二次射流过程中分别采用不同理论模型来构建前置级流场完整的数学模型,对射流形态的演变过程进行了描述。分析发现,油液射流进入前置级流场与偏导板侧壁发生撞击,流动形态发生改变,一部分油液沿侧壁反向流出偏导板,另一部分油液流速降低在下游形成高压区。油液流出偏导板时受到分流器的作用,分别流入不同通道。根据节流模型流量和压力特性公式求得了压力增益,并建立起负载压力与偏导板偏移量之间的数学关系。数值模拟过程中,采用不同湍流模型对前置级流场压力分布进行了分析。通过数值模拟仿真结果、外特性实验结果与射流模型计算结果的比较和分析,验证了该模型描述射流特性的有效性和合理性。     

冷拖动工况下转子发动机三维流场的数值模拟

对标准k-ε两方程湍流模型进行可压缩性修正及旋转修正，发展了同时考虑可压缩性修正和旋转修正的湍流模型．以商业软件FLUENT为平台，编制自定义UDF程序将修正加入．通过对FLUENT软件进行二次开发，实现转子机工作区域网格的更新．考虑转子与缸体间漏气，对冷拖动状况下转子发动机内部三维湍流流动进行了数值模拟．计算结果揭示了转子发动机流场的分布规律，为转子发动机的性能预测及优化设计提供了依据．     

带炮口制退器火炮发射流场数值模拟

为了研究带炮口制退器火炮发射流场结构,采用二维轴对称Navier-Stokes方程并结合标准k-ε湍流模型建立了流场数学物理模型.采用动网格技术对弹丸运动进行处理,在弹丸前后分别控制网格的生死.通过数值仿真得到了含炮口制退器膛口初始流场和膛口流场的数值分布,并对初始膛口流场和膛口流场的发展规律进行了讨论和分析.分析表明,流场数值模拟结果合理可信,该研究对膛口气流流动研究和炮口制退器设计具有指导意义.     

气体二次喷射矢量喷管混合流场数值模拟

采用二维雷诺平均方程和κ-ε湍流模型对气体二次喷射矢量喷管复杂干扰内流场进行数值模拟。空间上采用二阶迎风格式进行耦合求解，时间上采用显式Runge-Kutta方法进行迭代推进．直至流场收敛。数值模拟得到矢量喷管二次射流的激波系结构．以及复杂的主／次流干扰流动图像。二次喷射流场包含复杂的涡系结构和波系结构，还存在着边界层与激波的相互干扰、自由剪切层、激波、膨胀波和大尺寸分离。数值模拟还表明，二次冷喷流对喷管扩散段出口附近壁面有非常明显的冷却作用。     

水下航行体超声速射流与尾空泡耦合作用初期的流场特性

针对航行体水下垂直发射过程,利用固体火箭发动机在尾空泡内点火实现有控运动,是保证复杂因素干扰下航行体弹道稳定的重要手段。基于流体体积模型、标准k-ε湍流模型和动网格技术,通过求解雷诺时均Navier-Stokes方程,获得超声速射流与尾空泡耦合作用初期的流场特性及其演化规律。结果表明：航行体出筒后形成的半椭球状附体尾空泡,在超声速射流作用下逐渐演变成葫芦状,其内部流动受到破坏后进行重构,没有形成回射流现象;超声速射流完全受限在尾空泡内发展,射流流动主要位于径向尺寸和喷管出口直径相当的核心区内,在射流卷吸作用和空泡界面影响下,尾空泡内相继出现了一次涡环和二次涡环结构;航行体尾部与筒口中心位置压力呈现宽幅振荡特征,最大振幅约为发射水深压力的1.2倍,致使射流结构和航行体受到的实际总推力出现大幅度振荡变化。     

基于动网格的三维合成射流器流场数值模拟

针对激励出口流动模型不能够实现合成射流全场模拟这一问题,提出了基于动网格的三维合成射流器流场数值模拟方法。该方法引入了动网格的局部重构算法,通过在通常的流场数值模拟方法中插入编译的定义网格运动方式的动网格用户自定义函数程序,并设置与网格运动相关的动网格区域,实现了三维合成射流器在振动膜作周期性正弦运动下的流场求解。对比试验结果表明,采用该方法获取了射流器喷口特有的流动现象以及相应的喷口速度变化规律,说明该方法可行。     

射流式姿态控制发动机相邻控制力相互影响研究

文中采用二维N-S方程结合两方程湍流模型对不同入口条件时的喷射流场进行了数值模拟,控制方程采用二阶精度的有限体积法进行空间离散,时间离散采用高斯-赛德尔隐式迭代格式.理论分析和数值模拟结果均表明由于射流卷吸效应的存在,两股喷流均会向两喷口连线的垂直线方向发生偏转且在某一位置发生交会,且弹体实际受到的飞行姿态控制力将小于两股控制力的简单相加.     

射流与有约束横流的湍流混合的数值模拟

对多股射流与圆柱管中的横流湍流混合的三维流场进行了数值模拟。结果显示，在有约束的横流中射流的发展可发成三个区。三维流场与二维流场有很大的区别，射流下游没有预测到回流区。射流与主流的动量流率比对射流的喷入深度有很大的影响。     

底部排气装置快速降压过程中燃烧流动特性数值分析

为研究底部排气（简称底排）装置出炮口时发射药燃气流动特性和点火具瞬态燃烧特性,采用半密闭爆发器模拟底排弹出炮口时的快速降压过程,借助高速录像系统观测了近喷口喷焰羽流的发展行为,并以此验证数值模型的有效性。在试验基础上,采用高分辨率迎风格式AUSM⁺、两方程Realizable k-ε湍流模型和有限速率化学模型,建立了降压过程中发射药燃气与点火具燃烧射流相互作用的二维轴对称模型,并以基于内节点的有限体积法进行数值模拟,分析了底排装置降压过程中两股高温燃气射流的耦合特性。结果表明：底排装置降压过程中,喷焰羽流由超音速强欠膨胀射流逐渐转变为亚音速流动,波系结构经历马赫反射到规则反射的转变,形成周期性钻石型激波和菱形火焰串,最终变成连续火焰;喷焰羽流变成亚音速流动后,底排装置内点火具火焰下游处径向热对流和热扩散比上游更强烈,底排药柱下端温度最高,首先复燃。     

横向喷流对复杂外形导弹气动特性影响研究

通过求解可压缩NS( Navier - Stokes)方程组,得到横向喷流标模流场仿真结果,验证了横向喷流流场仿真方法的有效性.在此基础上对复杂外形导弹的干扰流场进行仿真,并从定性与定量两方面分析喷流位置和来流攻角对干扰流场的影响.对比分析了不同攻角时,有无喷流弹体表面压力分布,给出了有无喷流的弹体法向力沿轴向变化规律...     

偏导射流伺服阀建模及动态特性研究

为研究偏导射流液压放大器内部结构与伺服阀动态性能的内在联系,分别建立力矩马达、偏导射流液压放大器、功率级液压放大器的解析数学模型。分析接收口的复杂流动情况,提出一种简化的前置级液动力计算方法。构造偏导射流伺服阀完整模型,揭示射流口宽度、射流盘厚度及喷射口宽度对伺服阀动态特性的作用机理。针对整阀动态特性的漂移问题,探究了偏导射流前置级流量增益的非线性变化规律及其对动态特性的影响规律。仿真和试验结果表明,该数学模型能够有效地复现实际伺服阀动态特性,可为偏导射流伺服阀的设计和优化提供理论基础。     

弹道枪水下全淹没式发射膛口流场演化特性的数值模拟研究

为了解弹道枪水下全淹没式发射膛口流场的演化特性,搭建水下射击实验平台,运用直接摄影法捕捉其膛口流场演变的全过程。实验发现：在弹头出膛前,弹前水柱已经在膛口空化产生水蒸汽;弹头出膛后,膛内燃气流出并与水蒸汽掺混,将弹头包裹;弹头远离膛口后,燃气射流继续膨胀,头部呈锥形;弹头表面不断空化产生水蒸汽,形成超空泡,同时在弹头尾部会留下细长的气柱。在实验基础上建立二维多相流模型,采用流体体积函数多相流模型和标准k-ε湍流模型,结合动网格及用户自定义函数技术,对实验工况进行数值模拟。结果表明：弹道枪水下全淹没式发射时,高度欠膨胀的火药燃气出膛口后,形成了包含两个瓶状激波的复杂波系结构;弹头出膛后,在膛口流场区域内不断加速,随着弹头远离膛口流场区域,弹头速度不断衰减。     

瞬态泄压条件下不同喷口结构的底部排气弹尾部流场特性

为了分析底部排气（简称底排）弹出膛口时,底排燃烧室瞬态泄压过程中喷口结构对底排弹尾部流场特性的影响,采用改进的对流迎风矢通量分裂（AUSM+）格式、SST k-ω湍流模型,编程求解二维轴对称Navier-Stokes方程。通过数值模拟方法研究环型喷口和圆孔型喷口底排弹尾部流场结构和特征参数变化,对比分析了不同喷口尺寸下的底排弹尾部流场特性。计算结果表明：在泄压过程中,圆孔型喷口尾部流场由高度欠膨胀射流发展为亚音速射流,而环型喷口尾部流场由高度欠膨胀环状射流在中心轴线上挤压形成中心射流后,再发展为亚音速环状射流;环型喷口在泄压后期有效削弱船尾拐角处的膨胀波,流线更为平滑;在泄压中后期,环型喷口底部平均静压和平均静温更高,增压减阻效果更好;同种喷孔排气面积比越大,降压速率越快,压力回升过程越慢,但排气面积比对泄压过程末态流场参数影响较小。     

三维无网格法及其在超音速弹丸流场模拟中的应用

为研究三维无网格方法及其在超音速流场模拟中的应用,基于Batina发展的显式无网格算法,借鉴非结构网格方法下的耗散模型,给出了一种无网格法下求解三维Euler方程的具体实现形式,并对某标准弹丸在超音速下不同马赫数、不同攻角的绕流流场进行了数值模拟,分析了其在不同马赫数和不同攻角下的升、阻力系数,俯仰力矩系数以及压心等,与实验结果进行了比较,结果基本一致.计算结果很好地验证了文中的三维无网格法在超音速流场数值模拟中的准确性和实用性.     

基于动网格的炮口制退器两相流场数值模拟

为较准确地研究火炮发射时高温高压高速的燃气射流经由炮口制退器的流场,对基于动网格的炮口制退 器两相流场进行数值模拟。利用FLUENT 软件,采用光顺和重构的非结构动网格更新方法,使用结构非结构混合网 格技术,建立炮口制退器的流场模型,对弹丸飞出炮口制退器过程中的膛口流场进行数值模拟,并对比分析了燃气 射流中的固相颗粒与气相耦合的两相流场和单纯气相流场对炮口制退器的影响。计算结果表明：考虑了两相的流场 与单纯气相流场在压强分布上存在明显的区别,可为后续炮口制退器的结构设计与优化研究提供一定的参考。     

偏转板射流式伺服阀前置级液动力计算方法研究

针对偏转板射流式伺服阀前置级液动力的计算与检测问题,提出了基于矩形喷口和接收器的前置级节流模型,推导得出了液动力简化计算公式。从射流角度出发,建立了伺服阀前置级的二维流场模型,提出了两种基于仿真离散数据的稳态液动力的计算方法,即动量定理法和压力差法,进行了某型伺服阀的液动力计算。设计了前置级液动力的自动化测试系统,实现了对液动力的测量。仿真与试验表明,理论公式、基于离散数据的数值计算以及试验结果基本一致,从而为此类伺服阀的开发与优化提供了可行的方法和技术。