非定常流动中塞式收敛扩张喷管的研究

针对脉冲爆轰发动机的脉动流动特性设计加工了塞式收敛扩张喷管,并对其增推性能和增推机理进行了研究。研究结果表明,塞式收敛扩张喷管可以大幅增加推力,10Hz和15Hz时塞式收敛扩张喷管对发动机的推力增益分别为32.4%和29.52%;塞式收敛扩张喷管扩张段对爆轰室排出的高温高压气体有减压加速作用;塞式收敛扩张喷管塞式结构增加推力壁平台压力值和平台压力持续时间,从而增加发动机推力。     

固体火箭发动机喷管型面的研究进展

固体火箭发动机喷管型面设计直接关系到喷管效率和推力大小,是喷管设计中的重要研究课题。本文从喷管型面设计方法、型面参数优化和喷管流固热耦合分析等方面综述了国内外对固体火箭发动机喷管型面的研究进展。总结出了直接优化方法、特型喷管的设计方法、六次Bézier曲线、双三次样条曲线构造扩张段型线和B-Spline曲线和特征线方法等喷管型面的设计方法,并介绍了计算流体动力学(CFD)和随机优化方法在固体火箭发动机(SRM)设计优化中的运用。分析了固体火箭发动机喷管涉及到的流固热耦合问题,并结合文献介绍了经典CFD算法、CBS有限元算法和格子波尔兹曼在研究流固热耦合问题上的运用。     

固体火箭发动机喷管阻尼数值计算方法及规律研究

从声学角度出发,参考稳态波衰减法,综合考虑喷管辐射损失及对流损失,建立固体火箭发动机喷管阻尼声能共振数值计算方法,通过与阻抗管法测量的试验结果对比验证仿真方法,并探究喷管喉径、监测点位置、声源强度及平均压力对喷管阻尼的影响,结果表明:数值计算结果与试验结果吻合较好,表明该研究建立的仿真方法有效;喷管阻尼随喉径的增大而增...     

在推力和阻力作用下飞行器横向震动分析

章重点讨论了推力和空气阻力对火箭横向振动频率和振型的影响,分析了在推力和阻力作用下频率降低的原因,给出了推力对振型频率影响的估计式。发动机喷管与火箭固联时的横向运动方程式及其相应的边界条件是分析工作的基础。中得到的主要结论适用于主动加速段、被动减速段和推力与阻力平衡时的巡航段。在小推力和小轴向过载的情况下,各种不同的计算方法所得的结果相差不大。在大推力和高过载情况下,不同的近似解与精确解的差别可能是很大的。     

降低发射率对发动机喷管红外隐身效果的影响

以某型发动机为原型,将该原型发动机简化成一个由涡轮出口、中心锥、火焰稳定器、引射出口和发动机腔体喷管组成的轴对称模型。利用该模型计算在发射率为0.9、反射率为0.1时的喷管红外辐射强度,采用降低腔体发射率的方法,计算发射率为0.2、反射率为0.1时的喷管红外辐射强度。通过对比分析两种模拟计算结果,评估降低腔体发射率对发动机喷管红外隐身效果的影响。     

工业机器人火箭喷管冷却通道线激光在位测量系统开发

针对液体火箭发动机喷管现有的人工检测方式无法实现喷管全域几何特征快速高精度测量的问题,设计并开发一套基于工业机器人和线激光的火箭发动机喷管冷却通道几何特征在位测量系统。建立基于工业机器人和线激光的测量系统运动学模型,研究基于空间定点约束的手眼参数辨识方法,根据火箭喷管冷却通道的几何特征与测量需求规划线激光扫描路径,提出基于最大类间方差法的喷管冷却通道关键尺寸计算算法,基于C++语言和Qt框架开发出具备系统标定、测量路径规划、关键尺寸计算、测量结果分析与技术报告输出等功能的软件系统。采用带有通道特征的试验样件和某型号火箭发动机喷管进行综合试验验证,结果表明：该系统对通道的筋宽测量精度为0.025 mm,对通道的槽深测量精度为0.018 mm,单个测点测量用时30 ms,满足火箭发动机喷管全域几何特征快速高精度检测的需求。     

通气参数对水下两相冲压式发动机内推力影响的数值模拟研究

排水下两相冲压式发动机是基于泡状两相流在Laval喷管中运动的理论开发的一种新型发动机.采用CFD数值分析的方法对水下两相冲压式发动机的工作机理进行了初步的研究.在定常流动工况下,不考虑空气的可压缩性和热交换,设来流速度和通气角度不变,得到了发动机内推力随通气参数变化的规律.通气速度为超音速的情况下,得到发动机的内推力随着通气速度的增大而增大,但是当通气速度达到一定范围时,发动机的内推力波动较大.通入单一空气时,温度对发动机内推力几乎没有影响.通入的空气体积流量不变且其中含有水蒸汽时,空气的湿度越大,发动机内推力就越小.     

一种固体火箭发动机喷管摆动冷流缩比试验方法

针对研究喷管摆动工况下扩压器工作特性的试验中存在:喷管摆动难以实现;若以高温高压蒸汽或者燃气作为引射介质,虽引射效率高但耗费巨大的人力物力等问题在发动机研制初期很难被采纳。该文提出一种以扩压器摆动等效喷管摆动,以冷空气作为引射和被引射介质的简化试验方法。数值计算结果与试验结果符合较好,试验方法经济实用,操作简单,可以作为摆动喷管固体火箭发动机研制初期的试验手段。     

火箭发动机喷管真空加压钎焊技术与设备

介绍了火箭发动机喷管真空加压钎焊技术工艺原理及特点,真空加压钎焊设备的结构和工艺过程。该技术工艺是对火箭发动机喷管夹层抽空,在达到钎焊温度时,炉膛内充入保护性气体,满足工艺所需0.8 MPa的外压力条件,对火箭发动机喷管形成真空钎焊与真空扩散焊两种焊接方式相结合的综合性工艺方法。     

火箭发动机燃烧室压力测试中引压管设计

利用管道固有频率计算的基本原理,较为深入地研究了压力测试中引压管固有频率与管内充质、结构之间的关系;根据传热学基本原理,对引压管进行了传热类型分析,并利用有限元方法,分析了管内充质为水时引压管的热传导特性.所得结论为小推力液体火箭发动机燃烧室压力测试中的引压管设计提供了参考依据.     

用于气流粉碎技术的超声速喷管流场实验研究

为了研究用于气流粉碎技术的超声速喷管流场结构。设计并搭建了适合于阴影法和粒子图像测速技术测量超声速喷管流场的实验平台。分别用阴影法和粒于图像测速技术对单喷管自由射流、单喷管射流撞板和两喷管射流对撞的流场进行了测量,实现了对微小超声速流场的测量,井对实验结果进行了分析,总结出了超声速喷管流场的一些规律,为高效气流粉碎机的设计提供了参考数据。     

氦低温透平膨胀机的设计和内部流动特性研究

为验证氦低温膨胀机叶片设计的有效性,利用了NUMECA和CFX软件对设计透平流道进行设计工况下的数值模拟计算及分析,其中分别对工作轮流道、喷嘴流道和整体流道进行计算分析,获得了较好的温度场、压力场、相对速度场分布和较高的等熵效率,结果表明了数值计算结果是可信的,叶型设计是合理的。     

超音速校准风洞中的超音速喷管设计

随着航空技术的发展,需要建设超音速校准风洞,以满足传感器的相关校准需求。本文根据超音速喷管设计的一般原则和特征线理论以及附面层修正的方法,进行固定马赫数的超音速喷管设计,并对设计的喷管形面进行了数值仿真,结果表明该方法能够实现设计要求,满足超音速校准风洞的使用要求。     

音速喷嘴气体流量标准装置应用的试验研究

依据音速喷嘴独特的临界流状态测量原理,通过试验数据分析,阐述温度、压力的波动对流量测量的影响趋势和影响程度;同时,空气湿度的存在造成通过音速喷嘴的实际流量较相同条件下干空气的流量小,且其影响随着湿度的增加而增加,用作传递标准时必须进行湿度修正才能保证测量准确度;通过气体状态方程的理论推导,表明通过音速喷嘴的体积流量与被检流量计的体积流量状态一致。最后,对音速喷嘴流量标准装置的设计和使用提出了相关的技术建议。     

Flow field analysis of high-speed helium turboexpander for cryogenic refrigeration and liquefaction cycles

Turboexpander constitutes one of the vital components of Claude cycle based helium refrigerators and liquefiers that are gaining increasing technological importance. These turboexpanders which are of radial inflow in configuration are generally high-speed micro turbines, due to the low molecular weight and density of helium. Any improvement in efficiency of these machines requires a detailed understanding of the flow field. Computational Fluid Dynamics analysis (CFD) has emerged as a necessary tool for the determination of the flow fields in cryogenic turboexpanders, which is often not possible through experiments.In the present work three-dimensional transient flow analysis of a cryogenic turboexpander for helium refrigeration and liquefaction cycles were performed using Ansys CFX®, to understand the flow field of a high-speed helium turboexpander, which in turn will help in taking appropriate decisions regarding modifications of established design methodology for improved efficiency of these machines. The turboexpander is designed based on Balje's n_sd_s diagram and the inverse design blade profile generation formalism prescribed by Hasselgruber and Balje. The analyses include the study of several losses, their origins, the increase in entropy due to these losses, quantification of losses and the effects of various geometrical parameters on these losses. Through the flow field analysis it was observed that in the nozzle, flow separation at the nozzle blade suction side and trailing edge vortices resulted in loss generation, which calls for better nozzle blade profile. The turbine wheel flow field analysis revealed that the significant geometrical parameters of the turbine wheel blade like blade inlet angle, blade profile, tip clearance height and trailing edge thickness need to be optimised for improved performance of the turboexpander. The detailed flow field analysis in this paper can be used to improve the mean line design methodology for turboexpanders used in helium refrigeration and liquefaction cycles.     

负压钻井液振动筛气液喷射器性能的数值模拟研究

随着石油钻井技术的发展,传统钻井液振动筛不能满足现有工程需求,因此提出了一种新型负压钻井液振动筛。气液喷射器是负压钻井液振动筛的核心设备,通过它在筛网下方形成负压区域,使钻井液受振动和负压的复合作用,增大钻井液透过筛网的能力,因此其性能直接影响负压振动筛的处理效率。为了提高负压振动筛的工作效率,需要对气液喷射器的结构和工况进行合理设计。运用流体动量守恒方程,推导出恒定流动状态下气液喷射器混合室的动量方程及其性能计算方程。运用计算流体力学方法对气液喷射器内部复杂的两相流动过程进行数值模拟,并通过对比数值模拟结果与理论计算结果来验证数值模型的合理性。对不同引射流体液体体积分数、工作气体压力、喷嘴距和喷管面积比下气液喷射器的喷射效果进行数值模拟,结果表明气液喷射器的工作参数和结构参数对其喷射系数和真空度有极大的影响。根据模拟结果可知,在引射液体体积分数为30%、工作气体压力为300 kPa、喷嘴距为60 mm、喷管面积比为3.484的情况下,气液喷射器的性能达到最佳。研究结果为负压钻井液振动筛中气液喷射装置的设计和现场应用提供了理论依据。     

Effect of water supply pressure on atomization characteristics and dust-reduction efficiency of internal mixing air atomizing nozzle

As a new type of nozzle, the internal mixing air atomizing nozzle has been widely used in the field of dust reduction via spraying. In this study, the effect of water supply pressure on the atomization characteristics and dust-reduction efficiency of the internal mixing air atomizing nozzle was investigated. Firstly, the FLUENT software was used to simulate the flow field inside and outside the nozzle under different water supply pressures. The numerical simulation results showed that as the water supply pressure increased, the internal pressure and water flow velocity in the mixing chamber of the nozzle increased while the air flow rate decreased sharply, resulting the continuous decrease in the relative velocity between gas and liquid. Meanwhile, as the water supply pressure increased, the fragmentation scale of the liquid jet at the outlet of the nozzle was prolonged and the atomization of the liquid was limited. Secondly, based on the custom-developed dust reduction experimental system via spraying, the atomization characteristics of the nozzle were investigated. According to the experimental results, when the water supply pressure increased, the water flow rate and air flow rate of the nozzle had exponential increase and decrease, respectively. As the water supply pressure increased, the range, droplet volume fraction, droplet size, and velocity all increased, while the atomization angle first increased and then decreased. Finally, the dust reduction experiment via spraying was performed under different water supply pressures. The results showed that with the increase of water supply pressure, the dust-reduction efficiency for both the total dust and the respirable dust first increased and then decreased.     

锯齿形尾缘喷嘴气动声学实验及数值分析

为了研究在低马赫数Ma=0.12条件下锯齿形喷嘴射流气动声学特性,对多种参数的锯齿形喷嘴射流速度剪切层外区域进行声压近场测量和远场测量。根据近场和远场的测量结果,分析声压从近场向远场发展的趋势。结合射流场数值模拟的结果,利用计算流体力学和气动声学知识,分析锯齿形尾缘喷嘴的湍流性能与近远场声压之间的关系。分析表明,在相同渗透度下,随着齿数的增加,噪声总声压级在整个指向范围有明显的降低。在相同齿数下,随渗透度的增加,锯齿形喷嘴降低低频噪声,增加高频噪声,呈现明显的指向性分布特点。     

挂壁式空调器室内机风量、噪声及功率变化规律研究与应用

通过对科龙4款具有代表性的不同结构挂壁式空调器室内机的试验研究,得出挂壁式空调器室内机的风量、噪声、功率随转速变化的规律,拟合出其所遵循的函数方程,提出一种简单的室内机风量、噪声、功率的优化设计方法.