二维超音速喷管设计仿真研究

采用特征线理论设计二维超音速喷管型线,目的是产生超声速气流,用于开展和超声速流动相关的实验研究。采用采用维托辛斯基曲线经验公式对喷管收缩段进行设计,分别采用圆弧加直线和Folsch解析法对扩张初始段和终止段进行设计,得到位流曲线,再结合附面层影响进行修正,最后运用Fluent软件进行仿真验证型线,结果表明喷管出口流速达到了设计马赫数要求且流场较为均匀。     

缩扩型超音速喷管的设计与仿真

缩扩型的拉瓦尔喷管可以使通过其的气流获得超音速,出口速度的大小以及气流是否稳定是决定拉瓦尔喷管性能优劣的关键因素.通过Fluent软件对拉瓦尔喷管的相关流场进行了数值仿真,分析了入口压力、面积比、收缩段型面及扩张段的锥角对喷管出流速度的影响,可为喷嘴的设计提供理论指导.     

火箭喷管非设计状态诊断与数值研究

喷管是火箭发动机产生推力的核心部件,其功能是把高压燃气转变为动能,使气流在其中膨胀加速,以高速向外喷射而产生反作用推力。火箭发动机喷管的设计状态是气体完全膨胀的状态,此时喷管出口的燃气速度达到最大。采用二维模型对喷管工作状态进行数值模拟计算,计算模型引入了气动参数、特征压强等以速度为变量的函数。结果表明,喷管的工作状态主要取决于压强比和截面积比,而燃气在喷管中膨胀不到位或者过度膨胀都会使发动机的推力减小．影响发动机性能。     

下斜板可调的单膨胀斜面喷管型面设计和流场模拟

基于特征线法,并考虑变比热的影响,开展了高超声速飞行器用SERN设计.利用CFD数值模拟技术,计算得到了设计状态和沿飞行轨迹其它飞行状态下的SERN内外流场和特性.可以看到,在设计状态马赫数5时,基于特征线法得到的SERN内流场分布符合设计要求,而在其它较低的飞行马赫数下,SERN处于过膨胀状态,并且过膨胀的程度随飞行马赫数的降低而愈加严重.在马赫数25时,喷管膨胀面气流已发生明显分离,喷管性能急剧恶化.为了提高低马赫数条件下SERN的气动性能,分析了通过调节SERN下斜板角度从而实现其气动性能提高的方法.结果表明调节下斜板角度可以明显改善SERN非设计点的气动性能.     

基于Abaqus的二维切削仿真分析

本文借助Abaqus软件,模拟了普通钢板的二维切削,通过设计三因素三水平正交试验,并结合极差分析法,得出结论：对切削力影响程度最大的因素是切削深度,其次是切削速度,刀具前角的影响最小,且最佳的组合为1 m/s的切削速度,0.002 m的切削深度,15°的刀具前角。又分别以上述三个因素为变量,进行了单因素试验,得出结论：切削力随切削深度和切削速度的增大而逐渐增大,随刀具前角得增大先增大后减小,在刀具前角为10°时达到最大,为3.2×10⁶ N。     

固体火箭发动机喷管材料烧蚀仿真及分析

针对固体火箭发动机喷管材料烧蚀问题,分析并比较了碳基材料喷管和钨材料喷管的烧蚀率。通过计算两种喷管材料的热化学反应速率,得到了对应的烧蚀率和热流密度分布特性,并分析了燃烧室压强和温度对喷管烧蚀的影响。结果表明：碳基材料喷管与钨材料喷管的烧蚀分布规律相同,但钨材料喷管的整体烧蚀率更小;燃烧室压强和温度均会提高喷管的烧蚀率。综合考虑材料成本和固体火箭发动机整机重量因素,选用钨材料喉衬可以明显减小喷管关键位置的烧蚀量。     

二维正交铣削加工有限元仿真分析

以正交切削理论及其假设条件为基础,结合有限元分析软件ABAQUS中材料的失效与切屑分离准则,模拟了二维铣削加工过程中工件的应力、应变和铣削力的变化趋势,与相关切削加工理论对比分析,说明其变化趋势是正确的.     

二维特征造型方法的研究

本文根据实际需要对二维特征造型方法进行了研究，目的是改造传统CAD系统，以支持CAD/CAPP的集成。采用的方案是，特征设计和特征识别相结合，提出形状特征作为精度特征的载体，第一步是用形状特征设计，第二步是进行精度特征识别以得到完整意义上的特征，进而满足CAPP的需要。     

二维活塞式动态流量计的仿真分析与优化

二维活塞式动态流量计,其主要特点在于采用具有旋转和往复直动双运动自由度的二维活塞作为流量计量单元。介绍该流量计机械结构和工作原理后,建立了相关动态模型,并研究了该流量计自身的计量特性以及各个结构参数对该流量计动态性能的影响,包括二维活塞直径、二维活塞质量以及计量单元内计量腔体积等。结果表明,采用两个计量单元并联连接结构的该流量计流量脉动极小,减小二维活塞质量以及减小工作腔中的死腔体积可以提升流量计的动态性能,而二维活塞直径对流量计动态性能的影响是随数值先增大后减小,这为二维活塞式动态流量计提供了优化方向。     

双型线矩形超音速喷嘴的设计及仿真研究

为提高超音速设备对工件处理的均匀性,提出了一种双型线矩形超音速喷嘴。同时基于超音速喷管设计理论,分别对该矩形超音速喷嘴的两条型线进行设计,以获得相应的型线方程。建立了双型线矩形超音速喷嘴的流热耦合有限体积模型,进而对双型线矩形超音速喷嘴的入口压力和出口马赫数对喷嘴流场的影响展开分析。结果表明:双型线矩形超音速喷嘴的速度流场既能够达到设计的马赫数又满足均匀性要求,且能够使喷嘴出口得到横截面形状为矩形的流场,并分别总结了入口压力和出口马赫数对喷嘴流场的影响规律。     

离心式喷嘴雾化特性的数值模拟

采用数值模拟的方法,对航空发动机的燃油喷嘴进行研究,模拟不同情况下喷嘴内部的气液两相的流动状况,得到了流量与压力和喷雾锥角的关系,计算结果和试验数据吻合较好,为离心喷嘴的设计和试验提供了可靠的数值计算模型。     

基于FLUENT的后混合磨料水射流喷嘴内流场的数值模拟

以后混合磨料水射流喷嘴为研究对象,基于多相流动的欧拉模型,应用FLUENT流体分析软件对几种典型后混合磨料喷嘴的内流场进行数值模拟和仿真,得到压力分布、速度分布、湍流能量分布.结果表明:喷嘴内由于涡旋的形成损耗了部分能量,使得射流出口速度和动能明显降低;存在一个最优圆柱长度使得磨料出口速度达到最大值,其长度为喷嘴出口直径的23～37倍时,磨料得到最高的出口速度;喷嘴内流体紊动能的分布主要集中在喷嘴近壁区和几何形状变化较大的区域.     

超音速喷嘴流出系数仿真分析

为获得超高速涡轮泵中超音速喷嘴流出系数随其入口收敛角、喉部直径等几何结构参数的变化规律,采用ANSYS CFD仿真分析工具,以氦气为工质,给定喷嘴入口总压11 MPa、总温300 K、排气背压0.105 MPa,对3种特定喉径的喷嘴分别在7种入口收敛角度下的流场进行仿真分析,获得其压力场、速度场分布及氦气质量流量,并将其与理论质量流量比较,得出喷嘴流出系数。3种特定的喉径分别为2,5,10 mm,7种入口收敛角分别为30°,45°,60°,90°,120°,150°,180°。结果表明:喷嘴流出系数随入口收敛角的增加而降低,随喉径的增大而增加,在2 mm喉径下流出系数最低为83.9%,在10 mm喉径下流出系数最高为99.1%,对后续设计超高速涡轮泵喷嘴结构形式具有指导作用。     

前混合磨料射流喷嘴内流的数值模拟研究

基于多相流动的拉格朗日离散相模型，应用FLUENT软件对前混合磨料射流出口带圆柱段的圆锥收敛形喷嘴内部等温、不可压缩、稳态、液固湍流进行了数值模拟。连续相采用三维不可压缩稳态雷诺时均N-S方程，湍流模型采用标准的肛￡模型，代数方程组采用分离解方法，通过SIMPLE算法求解压力速度耦合；离散相采用拉格朗日方法追踪颗粒运动轨迹；收敛残差为10^-4。给出了颗粒初始位置对颗粒的运动速度和运动轨迹的影响规律，数值模拟结果对前混合磨料射流喷嘴的优化设计和工程应用具有很好的指导意义和参考价值。     

基于FLUENT的喷嘴挡板式电-气压力伺服阀的数值计算和试验研究

以一种单级喷嘴挡板式电-气压力伺服阀为研究对象,运用Fluent软件对其喷嘴挡板级内部流场进行数值计算,分析了不同喷嘴孔径大小对电-气压力伺服阀控制腔压力特性的影响,并结合试验对数值计算结果进行了验证,试验验证与数值计算结果较为一致,为喷嘴挡板式电-气压力伺服阀的工程设计提供了参考.     

出口形状对中心体喷嘴射流性能的影响

提出将中心体喷嘴与异形喷嘴组合以产生更好的空化射流效果的思路。采用Mixture多相流模型,在15MPa的射流压力下,对正方形出口、三角形出口和圆形出口3种中心体喷嘴产生的淹没射流流场进行数值计算,重点对轴向速度、径向速度、湍动能和空泡相体积份额进行了对比分析。研究表明:圆形出口的中心体喷嘴比另两种异形出口的中心体喷嘴产生更高的射流速度和湍动能;正方形出口比三角形出口的中心体喷嘴的射流稳定性能更强,圆形出口的中心体喷嘴产生的集束性能较强;异形出口的中心体喷嘴产生的流场中,空泡相延伸距离更长,异形出口的中心体喷嘴产生的空化射流效果更好。     

十针直列式喷头结构数值仿真研究

静电纺丝是制备纳米纤维的主要方法之一,喷头的结构和组装决定了纺丝的质量和产量,尺寸的合理设计可以有效提高纺丝的生产效率。采用Fluent数值模拟方法对十针直列式喷头结构进行尺寸选型研究,结合工程需要选择6组喷针直径,6组喷针长度,5组入口流量,正交计算了180个模型,得到了不同喷针长度,不同喷针直径在不同入口总流量情况下喷头结构中的偏流量和偏流率。分析喷针直径和喷针长度对出口偏流率的影响,并结合不同工况,给出了合理的喷头结构尺寸选型方案。     

沥青洒布车喷嘴雾化特性数值模拟及参数优化

针对沥青洒布车横向洒布不均匀现象,对喷嘴的结构参数进行优化,以改善沥青洒布过程中的雾化质量。基于正交试验原理设计以喷嘴半球直径、切槽深度、切槽角为优化参数,以索特尔平均直径D₃₂及分布均匀性指数N为雾化特性指标的仿真方案。将VOF(Volume of Fluid)方法与DPM (Discrete Phase Model)方法进行耦合,通过VOF-to-DPM方法对喷嘴的试验方案进行仿真分析,并结合响应面法建立回归模型,优化求解获得最佳参数组合。结果表明:喷嘴的半球直径、切槽深度、切槽角对雾化特性有显著影响,且半球直径与切槽角之间存在显著的交互作用;喷嘴优化后在雾化质量上有显著提升,D₃₂减小了25.26%,N增加了10.27%。     

基于微量润滑磨削的双喷口喷嘴雾化仿真分析

为了减小磨削时砂轮表面气障层的影响,提高磨削液润滑和冷却的效果,设计了一种双喷口结构的喷嘴。分析了微量润滑雾化机理,采用二级雾化理论建立了雾化数学模型,对双喷口喷嘴的雾化过程进行了仿真分析,并对仿真结果进行了验证。研究结果表明：双喷口喷嘴能有效减小雾滴直径,提高磨削液的雾化效果;辅助喷口雾滴可以扰乱砂轮表面的空气环流,减小气障层对主喷口雾滴流向的影响,促使主喷口喷出的雾滴能顺利进入磨削区。     

中高压喷嘴集成优化数值仿真

传统的CFD软件不是专门为优化设计的,一般优化功能比较弱。针对这一问题,本文采用改进的基于遗传算法的集成CFD优化方法,对中高压喷嘴的设计进行了优化。结果表明,集成gambit参数化建模、自动划分网格接口和fluent运算器接口的方法,大大节省了设计时间和费用,喷嘴的打击能力和流场性能有了较大的提高。