DCD格式在气固两相流计算中的应用

为将DCD格式推广到两相流动力学计算,通过对气固两相流动力学方程的适当变形,并处理为向量形式,实现了用DCD格式对气相和固相的统一计算,无须数值粘性和人工滤波.分别用DCD格式、Mac Cormack格式、TVD格式对密闭容器内的一维非定常气固两相流动进行了计算.计算结果表明,DCD格式计算精度高,使用方便.DCD格式能用于两相流动力学仿真,是一种很好的激波捕捉格式.     

气-固两相流动引起固体火箭发动机比冲量损失的研究

在V_p/LF《1.0的条件下,利用气-固两相悬浮流的平衡态模型研究了固体火箭发动机的比冲量损失。导出了包括临界速度和比冲量在内的喷管特性关系式。所给出的算例指出:气-固两相混合流在喷管喉部的速度小于气体的音速,由于固相颗粒的影响使比冲量受到了损失。同时指出,推力系数并不总是减小,它取决于质量比ε和喷管扩张比(直径)de/dt。计算机程序TWPH可完成计算全过程,计算结果与Brundige的实验结果相符情况良好。     

大口径平衡炮内弹道一维两相流建模与仿真

针对大口径平衡炮长管状药、模块化装药的特点,提出了将气固两相分别计算而非将固相流体化的建模思想,建立了适用于平衡炮的内弹道一维两相流模型。模型将管状药床看成一个在两端面压力差和相间阻力共同作用下可沿轴向运动的整体,相间质量能量输运通过控制方程中的源项实现。应用新模型与重叠网格技术对320mm平衡炮内弹道过程进行仿真计算,通过计算结果与炮射试验结果的对比分析,验证了模型的可行性,为平衡炮内弹道过程研究提供了新思路。     

整装式液体随行装药的两相流数值仿真

随行装药技术通过随行液体药的燃烧提高弹底压力,可以有效地提高弹丸的初速,能够在不改变火炮结构的基础上应用于现有武器系统,增强火包的威。本文建立了随行装药的两相流内弹道模型,并采用MacCormack格式进行了数值求解,给出了随行装药的压力分布、气相速度分布和固相速度分布曲线,并与常规的底部装药结构的计算结果进行了对比,得到的坡膛处的p-6曲线和实验结果有较好的一致性,说明随行装药的两相流内弹道模型能够正确揭示膛内气固两相流动的基本规律。     

湍流两相流内弹道模型

采用双流体两相流模型,推导有粘的两相流内弹道基本方程,并且建立了两相相互作用的气固两相湍流数学模型。     

固体火箭发动机射流推力矢量喷管气固两相流数值模拟

用颗粒轨道模型对基于激波控制的二维收缩扩张(2DCD)喷管中的气固两相流动进行了数值模拟,并与纯气相条件下的计算结果进行了对比分析,研究了1～40μm不同直径颗粒的运动轨迹和内流场参数的分布特征,并对矢量喷管的推力性能进行了研究。研究表明,颗粒相的加入和颗粒直径的变化对矢量喷管的内流场和推力性能都有较大影响。在进行射流推力矢量喷管的设计和性能计算时一定要考虑颗粒相的影响。     

柔性喷管SRM三维两相内流场数值模拟

针对柔性喷管固体火箭发动机的复杂多相流数值计算问题,基于Euler-Lagrange方法,应用k-ωSST湍流模型和颗粒轨道模型,建立了气固两相三维内流场计算模型。分析了发动机内部压强和温度场、燃气和粒子速度场、固相粒子沉积浓度和颗粒运动轨迹;重点分析了喷管无摆动和摆动5°状态下的发动机内流场变化特性。研究表明:2种工况下的燃烧室平均压强、温度场及喷管出口速度变化幅度较小,但对喷管柔性连接缝内的流场速度影响较大,固相粒子最大沉积率产生于发动机后封头的绝热层内壁;喷管无摆动时,柔性连接缝内的粒子沉积率较低,随着喷管摆动幅度增加,粒子沉积浓度大幅度升高。     

带有中心点传火管的燃气发生器两相流数值模拟

建立带有中心点传火管的燃气发生器的两相流数学模型。针对中心点传火管的点传火过程采用了一维两相流数学模型,管式燃气发生器的能量释放过程建立了二维两相流数学模型,通过气固交换建立了二者的耦合作用,并采用Mac Cormack 预估校正二步显格式编制了内弹道计算软件,进行了仿真计算,仿真计算结果与试验结果符合良好,验证了模型的正确性,为管式燃气发生器的结构设计及优化提供了理论基础;同时根据仿真结果对管式燃气发生器的能量释放过程进行了分析,结果表明均匀一致的点火条件是管式燃气发生器平稳释放能量的前提,点火能量的均匀释放才能保证燃气发生器内火药燃烧过程可靠,能量释放过程可控。     

涉及身管传热的准一维两相流动及其计算

提出了一种用于计算射击过程中火药燃气对身管传热的方法，它是借助在火胞膛内建立的包括气流与身管间传热的不稳定准一维气－固两相流动，还借助在膛壁边界层建立非稳定流而得的有关动量位移厚度的偏微分方程，采用随弹丸运动的半可延伸手风琴式网格，以ＭａｃＣｏｒｍａｃｋ格式进行有限差分计算，由此引起的膛壁温度分布。     

射流推力矢量喷管粒子沉积特性数值模拟

运用粒子轨道模型对基于激波控制的三维轴对称收缩扩张喷管中的气固两相流动进行了数值模拟,研究了1～100μm不同直径粒子的沉积特性。计算结果表明:主流中粒子的沉积部位主要集中在喷管的收敛段和喉部附近,粒子直径越大,沉积区域越大,大沉积率越高;二次流中的大尺寸粒子会对扩张段壁面造成烧蚀。射流推力矢量喷管的热防护设计应充分考虑到二次流中粒子对壁面的烧蚀。     

变燃速发射药挤出过程中药料流动计算研究

为了研究连续式制备变燃速发射药过程中挤出条件对药型尺寸一致性的影响,利用polyflow软件,对不同操作条件下药料流动情况进行了三维数值模拟。通过对计算结果的处理,讨论影响其体积流率波动的因素,以期给实际制备中操作参数的设置提供参考。研究结果表明:药料体积流率与螺杆转速成正比;不同转速下药料体积流率高频波动值在0.017%~0.036%之间;药料体积流率波动值与螺杆转速波动值成正比。药料体积流率与入口压力成正比;不同入口压力下体积流率高频波动值在0.024%~0.025%之间;药料体积流率波动值随着入口压力的增大而增大。螺杆转速(入口压力)越大,药料体积流率随螺杆转速波动(入口压力波动)增大其增大幅度越大。螺杆转速波动与入口压力波动相比,螺杆转速波动对变燃速发射药药料体积流率波动影响较大。     

分装式高装填密度火炮内弹道两维多相流数值模拟

在含多种点火元件的分装式高装填密度坦克炮中，考虑点火管，弹丸尾杆作用建立了轴对称两维多相流数学物理模型。并对其进行数值分析，结果表明，弹底和膛底曲线与实验有较好的一致性，坡膛和尾杆处的流动壅塞引起了膛内局部压力升高。     

基于双微楔的高超声速激波与边界层干扰控制研究

高超声速飞行器在流场中通常会伴随激波与边界层干扰(SWBLI),其引发的流动分离将导致进气道性能下降。采用分离涡模型结合有限体积离散方法、自适应网格加密技术,对来流马赫数为7.0流场中SWBLI诱导的流动分离进行数值模拟,并基于边界层流向速度、压力梯度、形状因子、总压损失等参数讨论了不同微楔高度的控制效果,分析双微楔的控制机理。研究结果表明:双微楔产生的两对流向涡对之间的相互诱导促进了各自流向涡对之间的卷吸作用,使得双微楔对分离气泡的消除效果优于单只微楔;流动总压损失系数随着微楔阵列高度的增加呈先减小、后增加的趋势;综合讨论流向涡强度与形状阻力的影响,高度为35%分离气泡厚度的双微楔控制效果最好,分离气泡局部可减小至回流消失,边界层形状因子峰值降低86%,总压损失降低1.9%.     

野战输油管线排空过程的气体与液体两相流瞬态模型

排空是野战输油管线的一项常规作业,为了提高排空作业的科学性和效率,建立了野战输油管线排空过程的瞬态模型,模型包括气体运动方程、液体运动方程以及相界面的耦合方程,并采用有限体积法对模型进行求解。在空压机排气压力和排气量给定的情况下,利用该模型可以计算出排空过程的管内各点压力、流量和持液率等参数。通过与实验参数对比,表明该模型计算精度较高,可以用于排空过程的管线运行参数预测,为排空设计和操作提供参考依据。     

基于导流控制底排增程原理的燃气流场数值仿真

导流控制底排增程原理是一种既可改善底排增程效率又可以提高其射弹精度的新技术新原理.该文结合对传统底排增程原理的特征分析,导出了导流控制底排增程原理成立的压力条件,给出了基于导流控制底排增程原理的导流控制体内外压力场与速度流场的初步数值仿真结果.数值仿真结果与试验现象吻合较好.     

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。     

利用嵌金属丝药柱调节固体火箭发动机推力的计算研究

提出一种组合应用嵌金属丝药柱和引入负热流的方法实现火箭发动机推力调节的技术方案,即通过在金属丝暴露在燃气部分加入负热流改变沿金属丝燃速来改变发动机工作压力,实现对推力的调节。可行性研究的初步计算结果表明,该方案能够在一定范围内实现对火箭发动机工作特性的调节,推力大小随负热流密度的增加而减小;从加入负热流密度到推力重新稳定有一段滞后时间,滞后时间随负热流密度的增加而上升。方案的优点是控制系统结构简单,控制箱不需工作在高温条件下。     

水下超声速燃气射流的初期流场特性研究

针对超声速燃气射流在静水介质中扩展的复杂多相流动问题,在压力水筒中开展了固体火箭发动机水下点火实验;基于雷诺时均Navier-Stokes方法和流体体积模型,对相同工况进行了燃气与水耦合数值求解。研究结果表明：水下燃气射流迅速建立超声速流动后,高速射流的冲击作用导致燃气泡呈现出帽状特征,并逐渐演变为类椭球体的气囊,平均轴向扩展速度约为40 m/s;燃气泡内部流动结构复杂,存在两个剪切涡环与重复出现的激波胞格,射流边界与燃气泡边界的相互作用会导致射流后续演化的不稳定;燃气扩展时通过压力波在水流场中产生高压区,其压力峰值在振荡中逐渐与环境压力匹配,喷管堵盖打开压力、出口截面积是影响推力峰值的重要因素。     

火箭亚跨超声速气动特性数值研究

为研究不同攻角、马赫数下火箭的气动特性,采用有限体积法,对某型火箭在亚跨超声速来流条件下的流场进行了数值模拟,给出了阻力系数、升力系数、俯仰力矩系数、升阻比以及压力中心随攻角、马赫数的变化规律,结果表明:小攻角和大攻角条件下,阻力系数、升力系数、俯仰力矩系数和压力中心随攻角表现出不同的特性,且与马赫数也有很大关系;不同马赫数下,升阻比最大值基本在22°～26°攻角范围内取得。     

耦合内部流动的喷孔积碳对柴油机喷雾影响研究

针对柴油机喷油器喷孔积碳大小及分布特点,建立了喷孔积碳条件下的内部流动模型,利用流体体积法计算了喷孔积碳对内部流动的影响。耦合内部流动计算结果,结合KH-ACT喷雾破碎模型,建立了定容喷雾模型,计算了喷孔积碳对喷雾特性的影响。利用喷油泵试验台架,通过喷油规律试验、喷雾试验对内部流动模型以及喷雾模型进行了验证。研究结果表明：喷孔内部积碳导致喷孔内部流动速度减小、空化效应减弱,造成喷雾贯穿距减小、索特平均直径减小;喷孔出口积碳导致喷孔内部流动速度增加、空化效应增强,但对喷雾贯穿距影响较小,索特平均直径在喷射初期有所增大,喷射后期变化较小。