不等径开放式撞击流雾化特征及二乙二醇/水体系混合研究

采用粒子图像测速技术(PIV)对不等径开放式撞击流中质量分数60%的甘油-水溶液雾化性能进行了研究,探讨韦伯数We(51≤We≤1605)、入射速度u(2.12 m·s^-1≤u≤6.37m·s^-1)、喷嘴直径(喷嘴1:左侧喷嘴直径(D₁)=1.5 mm,右侧喷嘴直径(D₂)=2 mm;喷嘴2:D₁=2 mm,D₂=3 mm)对液膜破碎特征及液滴行为的影响,并对复合含能材料粘结剂溶剂二乙二醇与水混合过程的液滴分布进行了研究。结果表明:随着We增大,液膜破碎长度先增大,当液膜破碎模式到达无边缘模式后减小,且液膜厚度与液滴直径逐步减小,液滴速度逐步增大;随喷嘴直径增大,液膜破碎模式变化不显著,液膜破碎长度、厚度、液滴直径均增大,液滴速度则逐步减小。同时,拟合得到液膜破碎长度、液膜厚度、液滴索特平均直径D[3,2]与喷嘴直径、韦伯数间的经验关联式,采用二乙二醇与水体系验证后发现,随入射速度增大,二乙二醇与水撞击混合后液滴直径减小,分布变窄,D[3,2]数值在经验关...     

射流偏心撞击对凝胶推进剂撞击雾化影响的实验研究

为研究射流偏心撞击对凝胶撞击雾化的影响,建立撞击雾化实验台,制备凝胶推进剂及其模拟液,对单股射流形态及不同偏心度下的撞击液膜和液滴尺寸分布进行测量。理论推导了偏心撞击下撞击液膜偏角,并与实验结果进行了对比。研究表明：随着喷射速度的增大,单股射流受到的扰动逐渐增大;在靠近喷注器出口处扰动有限,不同速度下的射流变形都很小;不同偏心度下液膜发展和破碎形式基本相同,当偏心度达到1.5/6时,液膜自撞击点开始出现了呈一定角度较为暗淡的区域,流量不对称性增强;随着偏心度的增大,液膜偏角逐渐增大,但与理论值相比偏小;偏心度的大小对撞击雾化的液滴尺寸分布影响较小,但偏心撞击的索特平均直径值比无偏心时小,并在0.5/6达到最小值。     

双破片侵彻耦合载荷对容器壁面的毁伤研究

为研究双破片撞击充液容器引起的液压水锤现象对壁面的毁伤,利用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对该过程进行数值模拟,并进行试验验证。分析破片撞击动能、间距、作用时间间隔对容器壁面毁伤的影响。结果表明：破片撞击充液容器的动能越大,壁面变形越大;当壁面出现裂纹时,变形量增长速度加快;破片撞击点间距对容器前壁面的变形影响较小,对后壁面影响较大;破片撞击点间距越小,壁面变形量越大;壁面变形量随着两破片撞击时间间隔的增大而减小,但时间间隔增大至0.10 ms时对壁面变形将无影响。     

LP1846液滴在酒精火焰中的燃烧研究

该文研究了初始直径为1.8～2.4mm的LP1846单滴,在950C的酒精火焰中汽化、分解、燃烧的特性,给出了液滴从进入火焰到燃尽全过程的时间序列照片.定量测试了液滴的着火延迟期、生存期以及液滴直径随时间的变化关系,并计算了液滴表面积平均减小速率.     

液体随行装药内弹道计算中液滴喷雾模型分析

随行装药是一种能在最大膛压不变的条件下,通过提高膛压曲线充满系数,从而提高弹丸初速的新型技术。针对30 mm液体随行装药结构,建立内弹道零维模型,其中随行液体药采用喷雾燃烧模型。为了寻找较好的液滴直径计算模型,分别采用定直径液滴模型、气动破碎的变直径液滴模型以及破碎液滴直径呈正态分布的模型进行内弹道数值计算。结果表明,在最大膛压保持不变的条件下,3种液滴直径模型的数值计算结果均与实验结果基本吻合,液滴直径呈正态分布的模型计算结果最接近实验值。     

基于流体体积方法的燃油液滴蒸发过程数值模拟研究

建立了基于气液两相流流体体积（VOF）方法的燃油液滴蒸发的数学计算模型,研究了燃油液滴蒸发过程中的传热传质特性及强制对流流场对传热传质特性的影响。研究发现,燃油液滴在蒸发过程中,液滴内部并不是均匀加热,而是热点区域加热较快,其他区域缓慢加热。在初始时刻时,燃油液滴相界面处的蒸气与周围气体之间的浓度梯度较大,因此初期的蒸发速率较快,其谢伍德数Sh也较大。不同气液相温度差能促进液滴的蒸发过程,随着气液相温度差增大,液滴蒸发速率逐渐增大。随着雷诺数的增大,高温热点区域的分界线逐渐模糊,液滴内部加热逐渐趋于均匀。雷诺数越大,液滴的温度越高,但液滴温度差别较小。不同雷诺数能有效促进液滴的蒸发过程。     

撞击对建筑外墙钢板涂层性能的影响

建筑外墙用钢板涂层能有效提高其使用寿命,为降低钢板涂层脱落,研究撞击对不同厚度钢板的涂层影响,基于弹丸冲击模拟方法,分析撞击后钢板涂层性能变化.结果表明:不同厚度钢板,其结合面法向应力区间随钢板厚度增大而减小;不同撞击速度下,撞击时间小于7μs时,撞击速度越大,钢板表面初始压力越大,结合面法向应力越大;不同撞击角度下,涂层质量损失随撞击角度增大而增大;不同撞击力下,涂层质量损失随撞击力增大而增大.     

半疏水-半亲水球体垂直入水空泡数值仿真研究

采用流体体积多相流模型耦合连续表面力模型,对具有非对称表面润湿性的半疏水-半亲水球体垂直入水空泡形态发展过程进行数值仿真,分析了半疏水-半亲水球体垂直入水过程中受到的流体动力。研究结果表明：半疏水-半亲水球体垂直入水后,产生非对称入水空泡及“心”型喷溅,同时球体运动轨迹将偏离原竖直运动轨道,由疏水半球一侧向亲水半球一侧偏斜;入水初期,在球体表面形成液体薄层运动,在疏水半球一侧,液体薄层与球体表面分离,导致空气进入形成敞开空泡;在亲水半球体一侧,液体薄层沿球体表面向上运动最终在球体顶点汇聚;液体薄层汇聚后形成楔形流,楔形流在球体顶点与球体表面分离,继续向疏水半球一侧产生的入水空泡壁面运动并撞击,形成“心”型喷溅。     

海拔高度对柴油机缸内热流分布影响规律研究

为了分析高原环境下柴油机缸内热流分布变化规律,采用计算流体动力学方法对不同海拔高度条件下的柴油机燃烧过程进行了三维数值模拟研究。结果表明：考虑燃气向缸壁传热的燃烧过程计算时,壁面函数采用Han-Reitz模型可以得到满意结果;随着海拔高度升高,过量空气系数降低,滞燃期延长,着火推迟,燃烧恶化,爆压降低,燃烧温度升高;海拔高度越高,喷雾贯穿动量越大,壁面换热系数增长速度越快,在上止点后气体流动性对换热系数的影响所占比重增大,而进气流量对换热系数的影响比重降低,换热系数随着海拔高度升高而增大;在换热系数、壁面燃气温度和壁面油膜燃烧影响下,高海拔燃烧时壁面平均热流大幅度增大,海拔高度从1 000 m升高到4 500 m 后,缸盖和活塞瞬时平均热流最大值增幅分别达到30%和26%.     

煤油凝胶液滴破碎时空特性实验研究

为了探究煤油凝胶液滴破碎的时间和空间分布特性,采用高速摄像机拍摄破碎过程,获得在不同气流速度下煤油凝胶液滴的破碎特征、流动参数对破碎时间和破碎区域的影响。结果表明:随着韦伯数(We)增大,煤油凝胶液滴依次发生与煤油(牛顿流体)液滴相同的破碎模态,且模态转换We随着胶凝剂含量的增加而提高。三种煤油凝胶的总破碎时间和初始破碎时间的比值(Ttot/Tini)均随奥内佐格数(Oh)的升高而降低,且均趋近于牛顿流体的该值(3.125)。在破碎结束时,横向破碎区域随着We数的升高而扩大,且胶凝剂含量越低范围越大;纵向破碎区域随着We数升高会扩大到一个极值,胶凝剂含量为1%和2%的煤油凝胶,破碎区域和初始液滴直径的比值趋于20,胶凝剂含量为3%时,该值趋近17。     

开缝帽罩水滴撞击特性研究

针对吹风比对帽罩缝后区域水滴撞击特性的影响,通过计算提出水滴受气膜影响效应的相关判据。通过 实验发现气膜对水滴具有吹袭作用,随着吹风比的增大,水滴撞击系数逐渐减小,吹风比为0.24、0.53 和1 时的最 大水滴撞击系数与吹风比为0 时的结果相比分别下降了6.73%、10.95%和17.11%;针对帽罩外形,计算发现在吹风 比、来流速度和水滴直径3 个变量任意组合下(v＜70 m/s),水滴受气膜影响存在有限吹除、吹向后部和完全吹除3 种效应,拟合出左右临界水滴直径判据和St 判据。实验结果表明：该研究有助于加深对帽罩热气防冰的理解,对开 缝帽罩防冰结构设计具有一定的参考价值。     

HAN基液体发射药喷雾场颗粒分布特性研究

采用激光全息摄影系统,开展了HAN基液体发射药喷雾场颗粒分布特性的实验研究．给出了液滴直径分布直方图,分析了雾化液滴大小与喷射压力的关系．研究结果对指导再生式液体发射药火炮内弹道设计有参考价值．     

液体工质喷雾特性的测量与分析

借助粒子动态分析仪PDA系统,开展了HAN基液体推进剂模拟工质喷雾特性的试验研究,分别观测了单孔圆柱形射流和双孔对撞射流在大气中的雾化特性,研究了喷射压力、喷孔直径及喷射模式对雾化性能的影响,定量测试了喷雾场轴向、径向雾化液滴的索特平均直径D_(32)和液滴速度v.结果表明,对撞射流与单股圆柱形射流相比,在喷雾场中下游空间里雾化液滴均匀度较高,液滴D_(32)和速度v易达到稳定.     

基于SPH方法的凝胶燃料单滴微爆过程模拟

为探究凝胶燃料单滴微爆过程中液滴形态和物理量变化规律,采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法对JP-8金属凝胶液滴的微爆过程进行数值模拟研究。引入完全变光滑长度SPH方法解决气泡膨胀过程中密度梯度和光滑长度梯度变化剧烈的问题。采用修正JCD(Johnson-Cook Damage)强度模型模拟了弹性胶凝剂膜。模拟了凝胶液滴微爆过程中,内部气泡生长、膨胀、破壳、喷射等过程。得到了气泡变形过程中液滴内部压力和胶凝剂膜的应力变化特性。探索了凝胶液滴微爆过程中液滴半径、压力、拉伸应力、表面张力等物理量的变化规律。数值模拟结果显示,随着时间的推移,凝胶液滴体积逐渐膨胀,压力震荡上升,当直径膨胀比D/D0达到1.4时,胶凝剂膜破裂,液滴体积迅速缩小,压力急剧下降。对于多气泡凝胶液滴,大气泡相对小气泡膨胀更快,且大气泡产生对壁面的压力更大,导致胶凝剂膜在靠近大气泡附近破裂,破裂时间相较于单一气泡有所缩短。数值模拟结果与实验结果相吻合,揭示了凝胶液滴微爆过程的内在机理,验证了SPH算法在解决此类问题上的有效性。     

膜态沸腾阶段球体入水空泡及流体动力特性

基于高速摄像实验方法，对膜态沸腾阶段球体、球体为室温时的亲水性表面球体和超疏水性表面球体垂直入水过程进行拍摄，得到入水空泡演化图像，通过对图像进行处理得到球体入水深度变化曲线。基于计算流体力学方法，采用流体体积多相流模型、耦合蒸发-冷凝相变模型，对球体入水过程进行数值仿真，仿真结果与实验结果具有较好一致性。膜态沸腾阶段球体入水过程中空泡与流体动力特性的研究结果表明：膜态沸腾阶段球体入水可以产生与超疏水性表面球体类似的光滑空泡；超疏水性表面球体表面与空泡壁面的接触线位于球体中心略偏上位置，膜态沸腾阶段球体底部与水之间存在一层水蒸汽膜，空泡壁面与球体表面不发生接触，球体附近空泡直径相对较大；当入水较浅时亲水性表面球体阻力系数相对较大，当入水较深时超疏水性表面球体和膜态沸腾阶段球体阻力系数相对较大。     

HAN基液体推进剂单滴无弧点火过程的数值模拟

为研究硝酸羟胺(HAN)基单元液体推进剂LP1846单滴无弧电点火的机理,基于两步不可逆化学反应机理,同时考虑物性参数随温度的变化关系,结合相关实验,对HAN基液体推进剂LP1846液滴在大气环境下的无弧电点火过程进行了数值模拟。结果表明:根据化学反应速率和温度分布变化,将最大加载电压80 V的无弧点电火过程分为预热(0~695 ms)、热分解(695~805 ms)及燃烧(805~1000 ms)三个特征阶段。预热阶段,液滴保持球形,中心温度缓慢上升;热分解阶段,反应在液滴中心产生向外发展,液滴膨胀变大,内部出现伞形温度梯度分布;燃烧阶段,火焰在液滴内部生成,LP1846剧烈燃烧生成大量产物,流场温度先升后降。液滴着火延迟期随着最大加载电压的增大而减小,模拟结果与实验数据变化趋势一致,最大误差为2.9%。