大气层不同高度气压对等离子体射流激励器性能影响的研究

为将等离子体射流应用于大气层中的飞行器进行流动控制,对火花放电等离子体合成射流激励器,搭建了一套模拟不同大气层高度气压的真空实验系统,通过改变实验容器内的气压来模拟不同的大气层高度,利用动态压力传感器测量激励器射流出口的压力变化,得到激励器出口射流速度。分别对两个不同结构参数的两电极火花放电等离子体射流激励器进行了实验研究。实验结果表明,随着大气层高度的增加,火花放电等离子体合成射流的峰值速度不减反增;在0~10000m高度之间,射流峰值速度随高度大致成线性关系变化;大气层高度每增加1000 m,射流峰值速度增大15%~25%;在10000 m高度左右,高空射流峰值速度大约是地面的两倍。研究表明,在不同的大气层高度下,加载电压幅值、频率、占空比对激励器性能的作用规律与在地面常压下的作用规律相似。     

活塞式合成射流激励器流场特性研究

本文主要介绍了一种活塞式合成射流激励器,并对其进行了全面的数值模拟计算研究,计算结果表明,合成射流流场与诸多因素有关一一激励频率、出口长度、活塞直径、活塞冲程、出口宽度,并分析了随着各个参数的变化合成射流流场的变化规律：随着激励频率和活塞冲程的增加,射流流场速度增加,涡量增大,随着出口长度的增加,涡量增大;随着活塞直径的增加,流场变化不明显;随着出口宽度的增加,流场速度减小,涡量减小。     

等离子体射流控制机翼气动力矩的实验研究

为考察火花放电等离子体射流控制机翼气动力矩的效果,在NACA0021平直机翼模型上安装火花放电等离子体射流发生器,通过改变射流发生器安装位置、射流角度及加载电参数,研究其控制机翼模型气动力矩的性能及机理。在NACA0021机翼模型近前缘处,布置2个火花放电等离子体射流发生器,采用气动力测量技术,在来流风速为20 m/s时测得,攻角-4°~10°时,滚转力矩系数最大减小了0.0024,攻角为12°~16°时,滚转力矩系数最大增加了0.0021;偏航力矩系数最大减小了0.00097。实验研究结果表明:等离子体射流可改变机翼模型横航向气动力矩,并可通过改变射流角度和加载电压频率调节等离子体射流控制横向气动力矩的效果。     

尺度效应对水下合成射流推力特性影响研究

该文通过数值方法研究了尺度效应对水环境下合成射流推力及推进效率的影响,不同尺度下激励器的网格采用等比例缩放的方式得到,数值计算在fluent进行,且数值计算方法通过实验数据进行了验证。数值计算结果发现,当激励器尺度为0.1 mm时,推力曲线与速度曲线非常接近,此时平均推力及推进效率均较小。随着尺度增加,当激励器尺度大于1 mm时,推力曲线不对称度增加,且推力曲线的上升区间所占周期增加而下降区间所占周期减小,此时平均推力及推进效率都有明显提高。建立了合成射流的推力模型,该模型将合成射流推力分解为三部分：质量效应、加速效应及外部流场的压强效应。给出了不同尺度下的涡量图、速度分布图,通过对其分析可知,尺度较小时粘性作用较强,此时,内部流体的加速效应及外流场压强效应均很小,导致推进效率较低。随着尺度增加,粘性作用减弱,推进效率开始增加,当尺度增加到粘性可以忽略时,推进效率不再随尺度增加。     

零质量射流及其在进气道流动控制中的应用研究

该文采用数值方法,模拟了零质量射流激励器工作流场,并对其在超声速进气道流动中的控制效果进行了仿真研究。运用有限体积法求解N-S方程,空间离散采用Roe格式,时间离散采用基于LU-SGS的双时间步长方法。针对激励器压电振子的运动过程,使用了基于广义无限插值方法的并行化动网格生成技术,并考虑几何守恒律。研究了零质量射流的非定常特性,获得了不同驱动频率下激励器出口附近的流动参数并与实验值进行对比,进一步分析了激励器驱动频率对进气道流动控制效果的影响。结果表明：数值方法能较为准确的描述零质量射流,将零质量射流激励器运用于进气道流动控制能有效改善进气道性能。     

地铁隧道壁龛式射流通风数值模拟

对地铁隧道壁龛式射流通风的特点进行了分析,建立了重庆某地铁区间隧道的单元通风段模型,设置压力、速度两种不同的进口边界条件,采用PHOENICS软件对隧道内部的速度场、压力场进行了模拟分析,发现隧道内断面气流速度分布存在一个波峰,峰值位于渐缩段末端断面,隧道内气流压力在风机吸入端达到最低值,在射流发展段呈现出渐变的非均匀的逆压运动,在射流发展段末端压力达到最大值,此后由于壁面摩阻损失的影响,在压力通风段压力逐渐降低;分析比较两种进口条件下隧道内部气流运动的不同点,主要体现在回流强度、射流发展段长度以及诱导通风量.     

常压下超音速等离子体射流的数值模拟

数值模拟研究了在二维轴对称情形下,超音速等离子体射流喷射于常压环境中的湍流流动,其中考虑了等离子体物性随温度的大幅度变化,还考虑了粘性耗散。等离子体射流的数学模型采用了Navier-Stockes方程,对湍流的模拟采用了κ-ε方程。计算方法以SIMPLER方法为基础,引入密度修正,得到适用于可压缩流体的p＇方程和p＂方程。p＇方程用来更新现有压力场和密度场,p＂方程用来修正速度场以保证质量守恒。计算结果对常压下超音速等离子体射流的进一步研究有重要的参考价值     

底喷式等离子体发生器的输出特性研究

等离子体点火是发射药燃烧的一种新型点火方式,等离子体发生器性能会影响等离子体的输出效果。为了实现发射药高效的等离子体点火作用而研究等离子体发生器的输出性能。通过调整底喷式等离子体发生器内部关键参量,分析了发生器输出特性影响规律,优化了等离子体发生器内部结构参数,并在30 mm火炮中进行了试验。结果表明:等离子体发生器效率和输出电压及等离子体射流压强随毛细管孔径增加而下降,但随放电通道长度增加而增加;增加脉冲功率源的充电电压能够提高等离子体射流动能和压强峰值;聚乙烯(PE)和聚四氟乙烯(PTFE)两种材质对等离子体发生器输出特性影响不显著;经优选后的底喷式等离子体发生器能够在火炮装置中有效地点燃发射药。     

基于数值模拟的方式研究氩气-氢气等离子体射流物理特性

对氩气-氢气等离子体射流采用基于流体动力学的基本方程进行数值模拟,探讨不同氢气含量对氩气-氢气等离子体射流的温度场与密度的影响,研究了氩气-氢气等离子体射流的特点并分析了氩气-氢气等离子体射流温度场变化的原因。结果表明:氢气含量的增加提高了等离子体射流的温度,降低了等离子体射流的密度;氩气-氢气等离子体射流在喷枪出口位置发生了流体的卷吸作用和射流的压缩效应;氩气-氢气等离子体射流主要以热扩散的形式进行扩散。     

围压对超临界二氧化碳射流冲击力与冲蚀射孔的影响

与水射流相比,超临界二氧化碳射流破岩具有所需能量少、效率高,以及不产生储层渗透性伤害等优点。将其应用于非常规油气资源的径向井钻井与喷射压裂作业中已引起广泛关注。井底压力环境对水力能量具有严重影响,而超临界二氧化碳流体性质易随环境压力改变而显著变化,是否具有良好射流作业效率仍亟待研究。通过数值模拟与室内测试实验方法,研究了模拟围压对流场速度分布、射流冲击力以及冲蚀破岩效率的影响。结果表明:喷射压力恒定时,射流冲击力和射孔深度均随围压增大而显著减小,二氧化碳临界压力处变化明显;喷射压差恒定时,随着围压的增大,射流冲击力几乎不发生变化,而射孔深度先较稳定或轻微增长然后明显减小,在临界压力时达到最大。分析认为,围压升高引起喷嘴外流场二氧化碳由气态相变为超临界态,射流形式由非淹没射流转变为淹没射流,是超临界二氧化碳射流与水射流冲蚀射孔规律显著不同的主要原因。     

切割防护门的线型聚能装药参数正交优化设计研究

为了获得较优的某线型聚能装药主要结构参数,运用正交设计方法对其进行优化设计,采用L2,（3”）正交表获得了不同的试验方案,利用ANSYS／LS--DYNA对各方案进行了数值模拟,获得了不同方案的最大射流速度和射流断裂前的最大长度,其中,最大的射流速度和射流长度分别为5622．13m／s和151．41mm,经过对数值模拟结果的分析获得了最佳的参数组合方案。结果分析表明,对于射流速度,各因素对其影响规律为δ→2α→α→b,最佳参数组合方案为2α3-δ3-b3;对于射流长度,各因素对其影响规律为δ→α→2α→b,从上述正交优化表中获得的最佳参数组合方案为2α1-δ1→α2-b2。     

大气压He/O2微等离子体射流阵列及其薄膜处理均一性研究

大气压等离子体射流阵列下游工作区的不均一性问题是一个亟待解决的难题。本文以四根出口直径为10μm的玻璃微针作为发生器主体,设计了一种线型He/O₂微射流阵列;重点研究施加电压对等离子体电学、光学以及聚合物薄膜改性效果的影响,并分析了不均一性产生的可能原因。实验表明:该射流阵列具有气体温度低、活性强等优点,薄膜处理后表面改性效果明显;等离子体发光强度、气体温度、O含量以及改性后薄膜表面O/C比例均随施加电压增加而增加;但发现过低或过大电压均会影响各射流之间的均一性,该现象可能与各射流间的空间电场分布以及库伦作用力有关,通过合理调节施加电压可使得各射流处理效果获得较好的均一性。     

脉冲爆轰发动机中等离子体点火的数值计算

该文采用CE/SE方法对脉冲爆轰发动机(简称PDE)中等离子体射流点火和带化学反应的汽油/空气两相爆轰过程进行数值模拟。研究了不同的等离子体射流能量和射流时间对爆轰过程的影响。结果表明增加等离子体射流能量可以缩短燃烧转爆轰的时间和距离;在已经充分点燃射流处汽油/空气混合物的条件下继续增加射流时间对燃烧转爆轰过程几乎没有影响。计算结果与试验结果符合良好。研究工作可为PDE 点火结构的优化设计提供理论指导。     

隧道扩大断面上射流风机升压力的数值拟

本文采用CFD方法对射流风机安装在隧道紧急停车带扩大断面的流场进行了数值模拟,分析了隧道气流速度和压力分布规律.计算了隧道内射流风机的升压力,并与试验结果进行对比.同时比较了风机安装在隧道紧急停车带不同位置的射流风机损失折减系数,表明射流风机安装在隧道紧急停车带中间为佳.     

电流体动力学近场直写射流成形的数值模拟

目的研究电流体动力学近场直写的射流成形机理及其规律,探索电流体动力学近场直写射流成形的影响因素。方法首先对电流体动力学近场直写的射流成形机理进行理论分析,并构建数学模型,然后以去离子水为溶剂配成质量分数为13%~17%的聚氧化乙烯作为模拟材料,采用有限元数值模拟方法进行仿真试验验证。结果在电场力作用下,液滴会发生流变形成弯液面,随着电荷密度的增大,弯液面逐渐形成泰勒锥,当电荷密度进一步增加,电场力克服了液体表面张力,在泰勒锥顶端产生射流;电压、喷射高度和入口压力等工艺参数会影响射流形态。结论电压越大或喷射高度越小,射流受到的电场力越大;入口压力越大,锥形越长;通过调整工艺参数可以改善射流形态;电流体动力学近场直写方法可实现聚合物溶液高分辨率的喷墨印刷。     

双角度组合楔形罩线型聚能装药正交优化研究

为了获得双角度组合楔形罩线型聚能装药较优的结构参数组合,运用正交设计方法对其进行优化设计,采用L9(34)正交表获得了不同的试验方案,利用ANSYS/LS-DYNA对各方案进行了数值模拟,获得了不同方案的最大射流速度和射流断裂前的最大长度.其中,最大的射流速度和射流长度分别为4494.77 m/s和80.20 mm,经过对数值模拟结果的分析获得了最佳的参数组合方案.结果分析表明:各因素对射流速度和射流长度的影响规律由主至次均为δ→a→2β→α,较优参数组合方案分别为2α3-2β3-δ3-a1和2α3-2β1-δ1-a1.     

射流噪声测量中远场测量边界影响研究EI北大核心CSCD

射流噪声实验是射流噪声产生机理及降噪措施研究的最重要手段之一。为确保射流噪声远场测量数据可信,远场传声器的布置需在远场条件和最终数据的信噪比之间进行合理的选取。通过严格的射流噪声模拟装置,采用精细的声学测量及修正手段,系统的研究了射流噪声不同测量角度及位置、不同射流速度等因素对远场测量结果的影响规律,并对射流噪声频谱随距离的增加而变化的特性进行了机理分析。通过试验确定了射流噪声远场测量时的最小远场边界条件,对于不满足远场边界条件的远场噪声测量,给出了适当的修正的方法。     

电弧加热器流场数值模拟研究

电弧加热器流场特性是影响材料热化学烧蚀的关键因素之一,根据可压缩的轴对称N-S方程,对喷嘴的超声速自由射流、垂直冲击射流进行了数值模拟,采用k-ε湍流模型.计算得到自由射流流场结构的三个区域:射流核心区、射流卷吸区和射流湍流区,射流的速度分布具有不均匀性,其轴线射流速度存在较大变动;冲击射流近壁处存在着滞止区.所获得的喷嘴外部流场的流动状况以及冲击射流参数分布,如压力、温度和速度分布,可用于烧蚀试验和计算优化设计,流场计算结果与烧蚀实验值吻合.     

截顶M型药型罩结构参数对聚能射流的影响

为了研究截顶M型药型罩的结构对聚能射流的性能影响,利用ANSYS/LS-DYNA对9组聚能装药结构进行数值模拟分析。通过改变药型罩截顶宽度和V型开口宽度,分析聚能射流的速度、长度以及连续性变化。结果表明,在9组不同的方案中,射流的速度随着药型罩截顶宽度和V型开口宽度的增加呈现先增加后减小的趋势。当截顶宽度为1.2 cm, V型开口宽度为0.4 cm时,射流的形态更好,射流头部速度最大,为6 007 m/s。     

基于有限元的固液两相射流冲刷磨损率数值研究北大核心CSCD

利用数值模拟方法研究了不锈钢受到固液两相射流冲蚀作用后发生的磨损过程,对不同粒径的试样进行了磨损率测试。结果表明:流体在喷嘴出口部位的速度约等于10 m/s,当流体与面板发生撞击后便会流向下游,在射流喷嘴口附件存在一个明显的压力较高的滞止区域。下游区域磨损率明显高于上游区域,并且与圆心距离越远的地方冲刷磨损率也越大,之后逐渐降低。当流体与冲蚀壁面接触之后便会流向下游区域,对下游区域造成较大的冲蚀作用,使下游产生较大的冲刷磨损率。越靠近下游区域,冲蚀磨损率表现为先增大后降低的现象,越靠近上游磨损率越小。平均冲刷磨损率和射流速度呈指数关系。