轴向柱塞泵空化时气相动态演进过程及影响

针对轴向柱塞泵在工作过程可能出现的空化现象进行研究。目前使用的稳态流体模型在计算流体属性（密度和体积弹性模量）时没有考虑气体演进的动态特征。针对此问题,提出一种动态流体模型,该模型考虑液压油中气体（空气）的动态演进过程,包括气体的产生、消解以及在不同控制体积之间的输运和分布。应用此模型到轴向柱塞泵的压力流量特性仿真中,分析了气体影响泵特性的内在机理。分析结果表明：稳态流体模型会低估空化对泵出口流量和压力的影响,而动态流体模型从本质上揭示了空化时泵出口流量压力脉动的增加以及平均流量的降低是因为气相对流体可压缩性的改变。     

喷水推进器斜流模型泵级内部流场与性能的研究

采用数值计算和性能测试的方法,研究了喷水推进器斜流模型泵级的性能和内部三维紊流流场。针对泵级的进口到喷水推进器的出口进行计算,包括叶轮、导叶和喷口的全流道区域。采用结构网格对计算区域进行剖分,应用NUMECA软件对控制方程进行求解。选用k-e双方程紊流模型,使用时间推进法计算流场中的各流动参数,并根据流场计算结果对泵级的流量一扬程特性和流量一效率特性进行预测。测试了泵级的外特性。实验测试和计算结果较一致,说明采用的计算方法具有较好的可信性及较高的计算精度。根据流场计算结果,对泵级的性能进行分析,提出了进一步改进泵级性能的技术措施。     

滤波器湍流模型在低温流体空化流动数值计算中的应用

评价了滤波器湍流模型在低温流体空化流动计算中的应用。分别采用标准k－ε、修正RNG k－ε和FBM湍流模型对绕对称回转体在液氮中的空化流动进行模拟,并计算了进口湍流度对空化流动的影响。与实验结果对比表明：相对标准k－ε和修正RNG k－ε湍流模型的计算结果,FBM湍流模型可以更好地反映低温流体中汽液混合的空泡界面,更准确捕捉由于热力学效应影响而造成的压力和温度变化,计算得到的结果与实验数据更为接近。标准k－ε和修正RNG k－ε模型对计算工况的进口μ_T/μ_L|_inlet粘性比比较敏感。采用FBM湍流模型计算,可以明显减小进口μ_T/μ_L|_inlet粘性比对计算结果的影响。     

柴油机喷孔内空化过程及影响参数的试验研究

柴油喷油器内部燃油的高速流动易导致喷孔内部出现空化,影响燃油的流通,因此研究喷孔内燃油空化过程具有重要的意义。在比例放大透明喷孔可视化试验台架上,完成了不同进出口压力下的喷孔流动特性试验,研究了喷孔内的空化规律和对喷孔内流率特性的影响。试验结果表明：当固定入口压力时,随着出口压力的降低,在无空化阶段,流量系数基本不变;当出现空化进入空化发展阶段,空化增强并向出口方向发展,质量流率继续增加,流量系数有所下降;在空化饱和阶段,质量流率不再增加,流量系数加速降低;喷孔的入口压力不影响空化初生和空化饱和对应的临界空化数;喷孔直径不影响空化初生点,但影响空化饱和点,喷孔直径越大,越难达到空化饱和,对应的临界空化数越小;喷孔长度影响空化初生点和空化饱和点,喷孔长度越长,越难发生空化,也越难达到空化饱和,对应的空化初生和空化饱和的临界空化数越小。     

导弹液压起竖系统流量压力复合控制策略研究

导弹起竖系统的负载是时变的且存在超越负载，而采用位置闭环或开环控制方法时控制精度低，且在负载起动、制动过程中易产生较大的液压冲击。针对这一问题，提出负载口独立控制起竖过程的方法，液压缸的进口与出口分别由两个独立调节的节流阀控制，进口节流阀用来控制进油侧的流量，出口节流阀用来控制出油侧的压力，分别设计了基于计算流量反馈的流量控制器和基于压力闭环控制的压力控制器，实现了流量压力复合控制。完成了控制策略的起竖试验验证，通过与位移闭环控制效果对比得出结论：基于负载口独立的流量压力复合控制策略减小了起竖过程的压力冲击，提高了系统控制精度。     

耦合内部流动的喷孔积碳对柴油机喷雾影响研究

针对柴油机喷油器喷孔积碳大小及分布特点,建立了喷孔积碳条件下的内部流动模型,利用流体体积法计算了喷孔积碳对内部流动的影响。耦合内部流动计算结果,结合KH-ACT喷雾破碎模型,建立了定容喷雾模型,计算了喷孔积碳对喷雾特性的影响。利用喷油泵试验台架,通过喷油规律试验、喷雾试验对内部流动模型以及喷雾模型进行了验证。研究结果表明：喷孔内部积碳导致喷孔内部流动速度减小、空化效应减弱,造成喷雾贯穿距减小、索特平均直径减小;喷孔出口积碳导致喷孔内部流动速度增加、空化效应增强,但对喷雾贯穿距影响较小,索特平均直径在喷射初期有所增大,喷射后期变化较小。     

舰船柴油机微通道内燃油空化现象的模型对比

喷油器是舰船柴油机的关键部件，喷油器喷孔、控制腔进出油孔直径一般在0.2～0.5 mm之间，属于典型的微通道结构。高压喷射时通道内发生的空化现象，严重影响柴油机的可靠性。湍流和空化模型的选择是使用数值计算方法研究上述空化问题的关键。基于Winklhofer微通道燃油试验，使用代表性较强的3种湍流模型和2种空化模型构建微通道模型，将仿真与试验结果对比分析。研究结果表明：重整化群(RNG)k-ε+Zwart-Gerber-Belamri(ZGB)模型、RNG k-ε+Schnerr-Sauer(SS)模型这两种组合所得的压力梯度值与试验数据相近，误差在7%以下；不同模型组合计算得到的空化分布存在差异；在19～85 bar压差范围内，Realizable k-ε+ZGB模型、RNG k-ε+ZGB模型所得出口质量流量与试验数据的变化趋势吻合，且误差不到4%;截面流速计算方面，RNG k-ε+SS模型的计算误差最小，误差处于10%以下。     

再生式液体发射药火炮喷嘴内空化流动研究

为研究再生式液体发射药火炮喷嘴内部空化效应对射流雾化的影响,针对常用喷嘴结构建立了Euler多相流模型和空化模型,研究了喷嘴内部的空化流动现象,分析了喷嘴结构形式、内部倾斜角和喷射压力对喷嘴内部空化流动与喷嘴出口流动状态的影响规律。结果表明:RNG k-ε湍流模型比k-ε湍流模型更适于分析喷嘴内的空化流动现象; 圆柱形和圆锥形喷嘴内部均发生空化流动现象; 增大圆锥形喷嘴倾角导致空化增强,气液掺混区域变大,但流动速度受阻; 大于10 MPa的喷射压力有利于形成稳定的空化流动。研究结果为优化喷嘴结构设计提供了理论依据,为进一步研究射流在燃烧室内的破碎、雾化、蒸发和燃烧过程提供了上游边界条件。     

出口压力对柴油喷油器流量特性影响的试验研究

柴油机高压燃油系统中,喷油器内部燃油的高速流动易导致喷孔内部出现空化,从而影响喷油特性。为了研究喷油器的进出口压力对燃油在喷嘴里的流动的影响,设计了一套出口压力可调的试验装置,针对高压共轨喷油器进行了不同出口压力下的喷油规律测量,研究了出口压力对喷油率的影响。试验发现：由于进出口压力差很大,喷嘴内部为空化流动;空化流动时,当入口压力不变时,改变出口背压,喷油率不变化,流动出现阻塞现象;出现空化后,增加出口压力,流量系数增大。     

考虑空化效应的齿轮泵流量特性研究

齿轮泵的流量品质对车辆液压操纵系统和润滑系统性能有重要影响,为此开展了空化状态下齿轮泵流量稳定性及其影响规律的研究。忽略空气在油液内微弱的溶解效应,根据油液初始状态和实时压力计算油液含气率,考虑含气率对油液密度、有效体积弹性模量和黏度的影响,建立流体空化模型。将流体空化模型与齿轮泵动力学模型相耦合,在复杂系统建模与仿真软件AMESim环境下仿真求解,分析吸油压力、转速和负载压力对齿轮泵流量特性的影响规律。结果表明：仿真得到的齿腔压力脉动、容积效率与文献［16］试验数据比较一致;吸油压力对齿轮泵流量脉动影响最为显著,当吸油压力由1.01 bar降低至0.27 bar时,流量脉动增大1倍多,容积效率降低;转速升高会加剧空化倾向;负载压力升高对齿轮泵流量脉动影响很小;该研究对齿轮泵流量稳定性的预测和改善有理论指导意义。     

高原地区柴油机机油流动损失仿真与试验研究

针对某些柴油机在高原地区出现的机油压力偏低问题,通过试验测试、理论分析与计算流体力学仿真,对润滑系统各处的机油流动损失进行研究。研究结果表明：环境压力影响整个油路的基础压力,随着海拔的升高,压油泵前压力随环境压力等量降低,导致泵前机油汽化出现了吸空现象,使得机油质量流量下降,主油道压力明显降低;流量一定时,随着管径的增加管路流动损失逐渐降低,但流动损失变化率逐渐变小,直角弯头对流动损失影响很大,当弯管半径与管道半径大于1.5后,流动损失变化趋于平缓。试验表明：采用改进方案后,在低转速区域,发动机机油压力增加30%左右,中、高转速的机油压力提高50%以上。     

电控单体泵控制阀开启过程的受力分析

利用试验与仿真相结合的方法,研究分析了柴油机电控单体泵(EUP)燃油系统控制阀开启过程的受力特性。通过测量控制阀开启过程的位移获得了阀芯的受力情况;结合试验测得的进出口压力,利用计算流体动力学（CFD）方法对其流场进行了数值模拟。研究结果表明：阀开启过程末尾控制阀受到的合力方向指向闭阀方向,而燃油流动对阀芯的受力影响主要表现为液动力和静压力,其中液动力作用显著,且二者均阻碍阀打开;控制阀受力分析和结构优化必须充分考虑该区域流场的影响。     

冲压增程弹丸进气道复杂湍流流畅数值仿真

应用二阶隐式TVD格式对固体火箭冲压发动机增程弹丸超音速进气道内部湍流流场进行了数值仿真。通过对交叉楔面超音速湍流流场数值仿真结果分析，并与实验结果比较，显示该算法和编制的程序是可靠的，能够准确仿真具有激波一激波、激波一边界层相互作用的复杂湍流流场。通过数值仿真得到了不同出口反压条件下超音速进气道湍流流场复杂的波系结构，并分析了流场的发展过程和出口反压对进气道性能的影响，为今后进一步深入研究提供了理论基础。     

带侵蚀燃烧效应的阶梯多根装药火箭发动机三维内流场特性

为研究阶梯多根装药火箭发动机的内流场特性,采用Fluent计算软件对侵蚀比和平均侵蚀比两种内流场模型分别进行全三维数值模拟。基于自定义函数接口编程进行二次开发,提取侵蚀比模型每个节点的坐标和压强以及平均侵蚀比模型每个燃面的平均压强,导入燃速公式和质量流率公式,来控制边界网格的移动速度和单位面积燃气进口质量流率。通过数值模拟得到两种内流场模型各个时刻的压强空间分布信息以及燃烧室前、中、后3个监测点的压强-时间曲线,对比两种模型的计算结果,着重对侵蚀比模型的内流场和药柱内外压强差进行分析,并与试验结果进行对比。结果表明:两种模型最大压强差不超过3%,在平衡压强段后基本一致;侵蚀比模型在发动机工作过程中药柱没有出现明显的侵蚀燃烧喇叭型,前级高压区药柱内外压差最大不超过3.9%,在后级低压区药柱内外压差最大不超过8%; 3个监测点的压强-时间曲线与试验数据吻合度较好;研究结果可为类似结构的固体火箭发动机数值模拟提供参考。     

液体火箭贮箱出流口防塌陷仿真分析

为了分析防塌陷装置的效果及影响,采用流体动力学软件Flow3D开展液体火箭贮箱出流口防塌陷仿真研究.仿真结果表明,倒锥防塌陷装置通过减小中心区域与近壁区域的速度差,可以有效延迟发动机工作末期出流口塌陷夹气的出现;倒锥位于箱底的位置显著影响防塌陷效果,随着倒锥装置上移防塌陷效果逐渐降低,但同时会使局部最低静压升高,有利于...