某突击炮炮口流场数值模拟研究

为研究突击炮发射时对炮口周边远、近场响应的影响,进行了某突击炮炮口流场数值模拟与分析。针对突击炮发射穿甲弹的高初速、高炮口压力特点,采用可压气体黏性流动的Navier-Stokes方程,建立炮口流场模型,采用Spalart-Allmaras湍流模型,应用Roe-FDS格式,结合动网格技术,在内弹道参数求解的基础上,进行突击炮炮口流场数值模拟。数值模拟结果得到了突击炮炮口冲击波超压分布与扩展特性,及炮口流场温度分布情况。炮口冲击波在远场的传播主要呈现衰减趋势; 在近炮口区域,受到膛内喷出射流的能量补充及强烈的相互作用,形成超压值较高的近场特性。研究结果对揭示突击炮炮口流场特性,预测炮口冲击波对装备与作战人员的危害具有参考价值。     

含运动弹头的手枪膛口射流噪声场特性

采用数值计算与试验研究相结合方法,分析某9 mm手枪膛口射流噪声场特性。基于计算流体力学与计算气动声学两步法,结合动网格技术,对含有运动弹头的手枪膛口燃气流场进行数值计算,即先采用大涡模拟方法计算膛口流场,得到声源积分面上的流体信息,再通过求解Ffowcs Williams和Hawkings声波动方程得到声源信息以及各个声监测点的声压信号,最终得到瞬态声场。为验证数值模型的可行性,将手枪试验结果与数值计算结果进行对比分析。结果表明：数值模型考虑弹头运动可以使计算结果更具准确性;数值计算所得各测点值与试验结果之间的误差均小于5%,证明了数值模型的正确性与可用性;研究结果对装有消声器的膛口噪声预测及膛口消声器的设计具有较好的参考价值。     

新型结构自行门桥粘性绕流场的数值模拟

针对自行门桥舟车艇合一、自重大、吃水深,单车架设浮桥（门桥）较短、承载量较小以及外形不规则等问题,提出了桥跨翻转后先旋转再充气的总体方案。该方案的门桥结构有基本状态、旋转状态和旋转充气状态等,可满足不同任务和环境的需要。以CFD商业软件FLUENT为平台,建立了带自由面的新型结构自行门桥粘性绕流场和阻力计算模型,确定了边界条件,对空载、满载下不同航速的情况进行了数值计算,为该类装备的发展提供了有益的建议。     

水下爆炸近场压力特性及其与结构的流固耦合作用

鱼雷等水中兵器的水下近场爆炸是航母舷侧防护结构遭受的主要攻击。水下爆炸近场载荷与结构产生复杂的流固耦合作用,强非线性耦合作用下的流场载荷特性及其对结构的毁伤机理等问题仍有待于进一步认识,可靠的试验及数值模拟手段还很缺泛。基于LS-DYNA的ALE方法,建立水下爆炸流场与结构流固耦合作用的有限元计算模型,计算了近场流固耦合作用的全物理过程,以及冲击波、空化闭合脉冲、气泡脉动及水射流等载荷的时空特性。与试验结果对比,验证了计算模型具有较好的计算精度。     

双钟形喷管流场数值模拟与试验验证

采用SST k-ω湍流模型封闭轴对称粘性可压缩N～S方程组,对双钟形喷管在不同环境压力下的流场进行数值模拟,并与相应的冷吹风试验结果进行对比验证.对比结果显示,数值模拟与冷吹风试验结果在流场结构及性能曲线上均吻合良好.这表明,该数值计算模型可有效应用于双钟形喷管的数值模拟及性能分析.计算和试验结果还显示:低空工况下,双钟形喷管在型面转折点处出现流动分离,喷管性能接近于小面积比基弧段喷管;高空工况则气流可完全附着于延伸段壁面,喷管总面积比得到有效应用.这一结果验证了双钟形喷管的高度补偿特性.     

液体燃料云团形成过程的数值仿真

针对液体燃料的爆炸抛散问题，本文建立了物理数学模型来描述气液云雾形成的初期运动和发展过程。对于初期运动（近场），建立一维气相运动模型，同时利用移动边界法处理气、液的接触边界。对于后期的气、液多相混合流动过程（远场），建立二维多相流模型。对爆炸抛散全过程编制了计算程序。数值仿真给出了云雾区内重要参数的分布，计算得到的云雾外形变化与试验结果有较好的一致性。     

液体燃料爆炸抛撒初期的一维数值模拟

在分析液体燃料爆炸抛撒试验结果的基础上,建立爆炸抛撒近场阶段的一维轴对称单相流动的数学模型,给出变质量运动边界的处理方法,并进行编码。数值预测给出耻燃料抛撒近场对内物理量变化的结果。     

某型弹用发动机前轴承腔耦合传热分析

给出了轴承腔的三维耦合传热分析方法,建立了某型发动机前轴承腔计算模型,利用ANSYS CFX软件对计算模型进行了耦合传热分析,并采用多相流模型模拟腔内复杂的油气流动。计算得到了某工况下轴承腔的温度场及流体域的流动参数,结果表明轴承腔固体结构件的温度及滑油温度均满足使用要求。所得结果与发动机试验测量值误差较小,轴承腔耦合传热分析方法实用可靠。     

一种换热器集流室流动分布的仿真模型研究

为了研究集流室的流动特性,建立了一种将芯体处理成多通道多孔介质模型的集流室的仿真模型进行数值模拟研究,并通过在多种工况条件下的仿真模拟与试验结果相比较,集流室的压力损失的模拟值与试验值的偏差均在11％以内,从而证明了该模型具有良好的适应性,可以用来进行集流室的流动分布仿真研究．     

坦克排气流场与温度场的计算流体力学分析

建立了坦克排气流动与传热的计算流体力学( CFD)模型,应用FLUENT软件完成三维数值分析。对排气管出口截面的气体温度与压力进行了测试,分析值与测试值符合较好。通过CFD分析得到了坦克排气流场与温度场的详细分布特性和外界环境温度与风速对排气的影响。分析结果可以为坦克排气红外辐射特征的研究提供依据。     

辅助气囊对自行门桥水动力性能影响的数值计算

针对自行门桥自身结构重、吃水大、外表形状不规则,水动力性能较差的问题,提出了增设辅助气囊的设想,设计了雪橇型、弹头型不同外形的气囊形式,利用计算流体力学CFD平台的FLUENT软件,建立了不同气囊形状和尺寸情况下的粘性绕流场混合网格的有限元模型,确定了计算边界条件,针对不同承载、不同航速的工况分别进行数值计算,得到了自行门桥的兴波波形、阻力等水动力性能的变化规律,为该技术的运用提供有益的参考.     

基于局部时均Navier-Stokes模型的分域计算方法

基于标准局部时均Navier-Stokes模型中控制参数fk的取值特点,提出一种基于分域思想的计算方法.针对不同的流域采用不同的fk值,实现在同一个计算流域设置不同湍流模型的效果.应用该方法分别计算绕方柱的单相流动和绕Clark-y水翼的非定常空化流动,并将计算结果与相应实验结果进行对比.结果表明:数值计算得到的方柱表...     

气缸盖冷却水腔内湍流模型

以某柴油机气缸盖冷却水腔为原型,采用计算流体动力学（CFD）方法对其进行了三维流动数值模拟与激光多普勒（LDV）测量试验研究,并将试验与计算结果进行了对比。结果表明：选择是否正确的湍流模型是计算结果准确与否的关键;利用标准k-ε模型加标准壁面函数法所得的CFD模拟结果与LDV试验值相比,4个点的误差均在-7.5%～3.2%,在工程可接受范围之内,因此,从数值模拟所采用的13种湍流模型来看,标准k-ε模型加标准壁面函数法不失为一种可行的湍流模型组合。     

某柴油机燃烧系统数值仿真及改进设计研究

以某高升功率柴油机燃烧系统为研究对象,首先采用AVL-Fire软件对燃烧过程进行了三维数值仿真,分别采用WAVE模型、Dukowicz模型以及旋涡破碎(EBU)模型描述雾化、蒸发以及燃烧过程。采用k-ε双方程湍流模型描述湍流流动,数值结果与实验值对比验证了所采用计算模型的合理性,然后对原型机燃烧过程中的三维流动、传热以及燃油分布状况展开分析,得到了原型机燃烧系统的不足之处,在此基础上,根据高升功率柴油机对燃烧过程的要求,对燃烧室结构进行改进设计,并进行相应的三维数值仿真。改型前后的燃烧系统数值结果对比表明,燃烧室形状对燃烧系统的性能影响很大,改型后的燃烧系统在燃烧组织方面得到显著改进,放热率与有效功率得到明显提高。     

基于相变与真实气体模型的环形蒸汽引射器数值模拟研究

为对某型上面级发动机环形蒸汽引射器零二次流流场进行研究,采用数值模拟方法,分析数值模拟模型对计算结果的影响,并与试验结果进行对比。结果表明:理论计算值与试验结果相差较大,数值模拟计算精度较高,引入的模型越接近真实情况,计算结果精度越高。其中,相变模型的影响大于真实气体模型,组分输运模型和冻结流模型的影响差别很小。     

火箭喷管两相流动性能计算公式

为方便应用两相流动模型对火箭发动机进行性能预示以及提高性能预示精度,利用火箭喷管内的一维两相流动的数值计算数据,通过对火箭喷管一维两相流动参数与纯气相流动变化规律的对比计算与分析,得到火箭喷管在两相流动下的性能(包括质量流量、排气速度和压强比)计算公式.该计算公式考虑了两相流动中所有的因素,如比热比、凝聚相尺寸、凝聚相百分比,甚至喷管尺寸等,具有广泛的适应性.利用这些公式与理论计算结果进行了对比,结果表明其理论预示精度达到千分位至万分位,并使得两相流动模型在火箭发动机中的应用分析得到简化,有利于提高火箭发动机性能的预示精度.     

双车厢两栖车静水直航下的水动力性能研究

近年来开发了双车厢的水陆两栖车以提高其运载能力。研究基于某型号双车厢水陆两栖车的实尺度模型,采用计算流体力学方法和重叠网格技术建立多体运动的数值仿真模型,双车厢之间采用具有3自由度的球形铰接点进行连接。计算双车厢两栖车在静水中运动的水动力性能,分析前后车体的阻力、纵摇、垂荡运动性能以及球铰连接对车体的影响。研究结果表明：数值计算与拖曳水池试验的总阻力结果基本一致;基于可实现的k-ε湍流模型和多体重叠网格技术,可以很好地实现对双车厢两栖车水动力性能的数值预报;静水直航工况下两栖车的纵倾角度保持在1°以内,纵摇性能优良。     

水面舰船结构在水下近场爆炸作用下冲击响应研究

水面舰船结构爆炸毁伤是舰船生命力研究的重要内容,也是分析舰载设备及人员毁伤的基础。为提高对舰艇等目标的打击能力,各国大力发展精确制导技术。目前精确制导引信使鱼雷能贴近船体表面接触爆炸,对舰船的船体结构造成严重毁伤。由于兵器水下近场爆炸毁伤复杂性,使之成为国内外研究的热点。采用水中近场爆炸毁伤模型,利用自编程序和商业程序相结合的方法,将冲击波和气泡射流的联合载荷加载到近场结构上进行仿真计算;对舰船结构在水下近场爆炸作用下毁伤特性进行试验研究。仿真计算结果与试验结果吻合较好。     

地下结构震动响应数值方法研究

随着计算机技术的飞速发展,数值计算已经成为模拟在各种介质中的爆炸过程及其近场波动效应的重要研究手段。针对目前爆炸技术在工程的重要应用课题之一,即地下结构在爆炸载荷作用下的震动响应数值方法进行了较深入的研究,研究了适用于松动爆破的爆破震动的等效模型,该模型简单可行,基本反映了爆破震动过程的物理特征。利用该模型对爆炸载荷作用下地下结构的震动过程进行了模拟,分析爆破在介质中激发的瞬态扰动及其传播的特征,如频率特征、振幅变化规律等,通过与实验数据进行对比,解释了近场爆炸现象并为实验提供理论依据。通过场地模拟实验的数值模拟验证了方法的宥效性,为后续工作打下了良好的基础。     

水下拖曳系统数值仿真方法研究

总结了拖曳系统运动仿真数值模拟方法的类型及各自的优缺点,以有限差分法为例对其建模方法进行了阐述,并将计算结果与试验结果进行了比对。