固体火箭发动机射流推力矢量喷管气固两相流数值模拟

用颗粒轨道模型对基于激波控制的二维收缩扩张(2DCD)喷管中的气固两相流动进行了数值模拟,并与纯气相条件下的计算结果进行了对比分析,研究了1～40μm不同直径颗粒的运动轨迹和内流场参数的分布特征,并对矢量喷管的推力性能进行了研究。研究表明,颗粒相的加入和颗粒直径的变化对矢量喷管的内流场和推力性能都有较大影响。在进行射流推力矢量喷管的设计和性能计算时一定要考虑颗粒相的影响。     

具有摆动喷管发动机三维内流场数值分析

分析了喷管摆动对发动机内流场的影响,针对喷管摆动情况下的流场特点,采用动网格技术及用户自定义( UDF)编程,实现与喷管摆动相对应计算区域的实时变化,并对具有摆动喷管的发动机三维内流场进行了数值模拟,得到了发动机内流场的详细情况.     

高速雷用喷管流场和性能的数值计算

从雷诺平均的非定常Navier-Stockes方程出发,利用时间相关法,采用MacCormark预估校正两步显式格式,结合Baldwin-Lomax代数湍流模型,数值模拟了高速雷用喷管的内流场,预测了喷管的流场和性能,计算结果与参考文献上的实验结果相当吻合,表明本方法对计算喷管流场和性能非常有效。     

一种摆动喷管的流场和传热特性研究

针对某球窝式摆动喷管,采用两方程k-ε湍流模型,在摆动角度为0°和6°的情况下,对喷管内部流场进行三维数值计算;根据计算的流场,对喷管进行了传热数值模拟.分析了两种不同摆角对喷管内流场和热防护层的传热性能产生的影响.研究结果表明,该型喷管在小范围摆动时,喷管内流场变化较小,喷管入口处的流场发生偏转;喷管外壁面温度变化趋势基本保持一致,内壁面温度存在差异,喷管的热防护性能满足发动机的工作需求.     

高超音速动カ系统用单斜面膨胀喷管内流场的数值模拟

针对设计的高超音速动力系统用单斜面膨胀喷管流动特点，采用三维质量平均Navier-Stokes方程，空间三阶精度高分辨率NND差分格式及可实现k一ε湍流模型，对喷管内流场进行了数值模拟，获得了喷管的流场参数分布。计算结果表明：喷管扩散段长度及出口斜切角变化对喷管出口流场会产生影响；Ⅱ型喷管的设计较为合理。     

单面膨胀高超音速尾喷管内流场的数值模拟

针对设计的高超音速动力系统用单斜面膨胀喷管流动特点，采用三维质量平均Navier-Stokes方程，空间三阶精度高分辨率NND差分格式及可实现（Realizable）κ-ε湍流模型．对所设计的Ⅰ型和Ⅱ型喷管内流场进行了数值模拟，获得了喷管的流场参数分布。计算结果表明：喷管扩散段长度及出口斜切角变化对喷管出口流场会产生影响，Ⅱ型喷管的设计较为合理。     

固体火箭发动机喷管及出口处流场特性的数值分析

采用STAR-CD计算流体软件对某俄式发动机的喷管内流场及喷管出口处流场进行了三维的数值仿真与研究。分析了喷管内流场及喷管出口处流场的流动情况和设置不同出口边界位置对喷管中流场分离点及斜激波反射点的位置的影响,得到了清晰的流场压力与马赫数的分布云图与曲线图。仿真结果与地面热试车试验测得的结果相吻合。可为固体火箭发动机喷管的设计与研究提供有效参考。     

质量加入影响固体燃料冲压发动机统一内流场的三维数值计算

利用三维隐式有限体积TVD格式求解N-S/Euler方程组数值模拟固体燃料冲压发动机(SFRJ)突扩燃烧室、补燃室和喷管的统一内流场,比较研究了从亚音速到跨音速到超音速的整个工作过程中质量加入对流场内部结构的影响,并与试验进行对比研究,得出固体燃料推进剂质量加入对数值结果带来的变化。     

斜切喷管工作过程结构变形数值分析

文中分析了某火箭发动机钼合金斜切喷管工作过程中的变形，首先通过对喷管内流场的数值仿真计算．确定喷管内型面承受的温度和压力载荷。然后基于三维有限元模型，对温度和压强耦合作用下的喷管应力场和形变进行了分析。对计算结果与试验测量值进行了对比，较为接近．证明结论可信。     

固体燃料冲压发动机稳定燃烧机理研究

利用三维有限体积TVD格式求解N-S/Euler方程组数值模拟固体燃料冲压发动机（SFRJ）突扩燃烧室、补燃室和喷管的统一内流场,研究了从亚声速、跨声速到超声速的整个工作过程,定量计算了发动机内流参数分布,初步揭示了SFRJ内复杂而稳定的工作机理,对于进一步研究该类发动机的流量及工作特性有重要意义。     

某型运载火箭发射流场数值模拟

为了更真实地反映发动机尾焰流场的特征,以某型运载火箭为例,对其流场数值进行模拟.运用计算流体力学方法,以3维双喷管发动机为模型,考虑尾焰工况为氢气、一氧化碳、二氧化碳、水蒸气组成的混合气体,对运载火箭的发射流场进行模拟仿真,分析尾焰流的近场激波系结构和参数分布特征等.分析结果表明:混合气体情况下的流场各个参数分布和激波系结构与理论分析结果一致,地面上距离喷管中心1 m位置处受最大压力,大约为0.4 MPa,在两喷管中心温度最高,为2700℃,为后续相关实验测量提供了参考和理论依据.     

柴油机喷油器喷孔积碳对喷雾影响研究

在定容弹中进行了柴油机喷油器冷态喷雾特性试验,对比分析了积碳喷油器和新喷油器在不同喷射条件下的喷雾贯穿距和喷雾锥角。试验结果表明：喷油器喷孔积碳后,喷雾贯穿距和喷雾锥角减小,喷射初期差距较大,喷射后期差距缩小;喷射压力越大,喷雾贯穿距和喷雾锥角下降越明显。利用光学显微镜观察喷孔出口积碳发现,喷孔出口积碳分布在喷孔外沿,改变了原有的出口结构。利用流体体积方法,对喷孔内部流动进行数值仿真计算,分析了孔内积碳、出口积碳以及喷孔增长对喷孔内部流动的影响。计算结果表明：孔内积碳、出口积碳、喷孔增长导致喷孔内部空化效应减弱,出口质量流量、速度、湍动能下降,油束雾化质量变差,出口积碳影响作用更大。     

基于带源项非结构网格CE/SE方法的PDRE爆轰排气流场中尾喷管特性研究

为了研究非定常两相脉冲爆轰发动机爆轰和排气流场中尾喷管的特性,推导了带源项非结构三角形网格求解元守恒元数值方法(CE/SE方法)的计算格式,应用该方法数值研究了满填充工况下带不同结构尾喷管火箭式脉冲爆轰发动机的内外流场和爆轰推进性能。研究表明:该非结构网格CE/SE方法可有效捕捉变截面管中强间断和复杂波系结构。各类喷管中,含收敛段喷管排气时间增长,气流在收敛段喉部发生壅塞;含扩张段喷管内出现斜激波过膨胀现象。当环境压力为0.1 MPa、填充率为1时,单次爆轰模式下带不同类型喷管的汽油/空气两相脉冲爆轰发动机的推进性能:除40°角扩张喷管外,其他各类喷管在爆轰和排气进程中均能提高发动机的冲量。     

喷管对水下爆轰燃气射流过程影响的数值模拟

为了探究不同喷管构型对水下爆轰燃气射流形态与激波传播过程的影响,基于VOF多相流模型,通过求解二维非稳态雷诺时均Navier-Stokes方程分别对无喷管、加装扩张喷管、收敛喷管的爆轰管水下爆轰过程的内外流场进行二维轴对称数值模拟。研究了喷管构型对水下爆轰过程中形成的透射与反射激波的传播特性、爆轰燃气射流形态演化规律等流场特性的影响。计算结果表明:扩张喷管可以加强向下游传播的透射激波沿轴线方向的指向性,而收敛喷管会减弱透射激波的强度,增强向上游传播的反射激波强度。爆轰燃气泡初期轴向和径向发展速度均随着时间逐渐衰减,喷管对燃气泡的轴向尺度影响较小,但收敛喷管能够显著抑制燃气泡的径向尺度。研究结果可为后续水下爆轰推进的工程化应用提供技术支撑。     

超音速燃气射流非定常波系的数值研究

根据ＭＵＳＣＬ格式的基本思想，对格式进行了部分修改，数值模拟了超音速燃气射流流场的结构和发展过程。给出了流场谐波系的变化趋势，得到了流场达到稳定状态的时间和稳定后的流动图形。     

某型运载火箭单喷管轴对称模型数值模拟

为了研究某型运载火箭发射流场的特征,采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)技术对某型运载火箭飞行5 m工位下的流场进行数值模拟.以3维单喷管发动机为模型,选用标准k-ε湍流模型,同时考虑混合气体,获得发动机尾焰流场,分析尾焰波系结构随时间的变化.计算结果表明:单喷管轴对称模型下的流场各个参数分布、激波系结构与理论分析结果一致,可为后续相关实验测量提供参考和理论依据.     

侧喷管脉冲发动机内流场数值模拟

为研究侧喷管脉冲发动机的性能,运用流体计算软件对作为制导弹药推力矢量控制系统执行结构的侧喷管脉冲发动机内的三维流场进行数值模拟,分析了偏心段偏心距离、喷管至偏心段距离、偏心段长度对发动机流场结构和发动机性能参数的影响。研究结果表明:随着脉冲发动机偏心段向上移动,其径向推力减小,推力中心由喷管中心内侧向外侧移动; 随着喷管至偏心段距离的增加,径向推力先增大、后减小,推力中心发生阶跃性的变化; 受发动机结构的限制,偏心段长度对发动机性能的影响较小; 采用的数值模拟方法可以用于侧喷脉冲发动机流场及性能预示计算。     

级间通道构型对小型双脉冲发动机燃烧室内两相流的影响

为研究级间通道构型对小型双脉冲发动机燃烧室两相流的影响,气相采用SIMPLE算法和k-ε模型,两相流采用PSIC算法和离散相模型,对小型双脉冲固体火箭发动机内流场进行了详细的计算。结果表明,级间孔径的大小对流场影响很大。级间孔与燃烧室的直径比值影响粒子对级间结构和喷管收敛段的撞击及速度。级间开孔角度越大,再附着点的位置变化不大,但一脉冲内主流气体的速度越大。气固两相耦合的情况下,一脉冲燃烧室内的粒子速度也会增大。     

瞬态泄压条件下不同喷口结构的底部排气弹尾部流场特性

为了分析底部排气（简称底排）弹出膛口时,底排燃烧室瞬态泄压过程中喷口结构对底排弹尾部流场特性的影响,采用改进的对流迎风矢通量分裂（AUSM+）格式、SST k-ω湍流模型,编程求解二维轴对称Navier-Stokes方程。通过数值模拟方法研究环型喷口和圆孔型喷口底排弹尾部流场结构和特征参数变化,对比分析了不同喷口尺寸下的底排弹尾部流场特性。计算结果表明：在泄压过程中,圆孔型喷口尾部流场由高度欠膨胀射流发展为亚音速射流,而环型喷口尾部流场由高度欠膨胀环状射流在中心轴线上挤压形成中心射流后,再发展为亚音速环状射流;环型喷口在泄压后期有效削弱船尾拐角处的膨胀波,流线更为平滑;在泄压中后期,环型喷口底部平均静压和平均静温更高,增压减阻效果更好;同种喷孔排气面积比越大,降压速率越快,压力回升过程越慢,但排气面积比对泄压过程末态流场参数影响较小。     

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。