发动机进气门处气体流动数值模拟

作者利用计算流体力学中的任意拉格朗日 欧拉 (ALE )计算方法对发动机内经进气门进入气缸套的气体流动过程进行数值模拟 ,得出了气流流经气门时自入口到出口的流动过程速度图谱及稳态时的压力分布 .模拟计算速度图谱与用激光测速仪所进行的测量结果基本吻合 .     

高压条件下伴随化学反应两相流动的数值模拟

建立了高装填密度火药床在高压条件下的一维两相流体力学方程组，探讨了两相自由射流边界的处理方法，并对其进行了数值求解．揭示了对流燃烧过程的燃烧机理．数值结果与实验测得的压力曲线和火焰阵面曲线有较好的一致性     

固体火箭发动机喷管分离流动及其数值模拟

大面积比喷管在火箭发动机工作过程中可能产生流动分离的问题,为研究喷管流动分离对喷管性能的影响,利用计算流体力学软件CFX对某固体火箭发动机大面积比喷管内燃气分离流动进行数值模拟。计算出啧管在几种不同入口总压情况下的流场参数分布,显示分离流动会改变燃气内流场流动参数分布,进而会对喷管推力稳定性和热防护性产生不利影响。该研究能为进一步研究大面积比喷管设计提供参考。     

火箭底部流动的TVD数值模拟

火箭高速飞行时，其发动机喷管排出的燃气流与外部超音速气流将激烈地相互作用，这种气动力干扰直接作用在火箭上，影响火箭的飞行性能。文中采用有限差分法，解火箭喷管排出的超音速欠膨胀射流和外部超音速绕流混合流动欧拉方程组，数值模拟结果与实验结果对比表明，数值精度合理，为此类流动提供了一种预测方法。     

蜗壳内三维流动的数值研究

本文针对径流透平矩形截面蜗壳中的三维不可压无粘流，建立了一个新型曲线坐标系，对运动控制方程和边界条件进行有限差分模拟，求解带有Neumann边界条件的Poisson微分方程的解，获得蜗壳中的速度势场，从而算出蜗壳中三维速度场的分布．     

定容燃烧器法散热损失影响因素实验研究

推导了热损失率公式,并通过实验对热损失率影响因素进行了研究.对燃气流场及传热进行了数值模拟,将计算结果与实验结果进行了比较,分析了影响热损失的因素.     

流动状态下铝粉爆炸过程的数值模拟

基于计算流体力学理论,模拟了铝粉在20L圆柱密闭容器内扩散和火焰传播随时间变化的规律,并分析了铝粉在密闭容器内的爆炸火焰速度变化的影响因素。结果表明:铝粉粒径为7~42μm时,随着粒径的增加,最大爆炸压力pmax和最大爆炸压力上升速率(dp/dt)max逐渐减小,pmax和(dp/dt)max最大值分别为0.876 MPa和120.1 MPa·s-1,最小值分别为0.634 MPa和19.5 MPa·s-1,模拟结果与文献吻合,pmax和(dp/dt)max与实验值最大误差分别为4.6%不超过20%。当点火延迟时间为60 ms时,容器的径向火焰传播速度的变化趋势为先降后升再降,最大值为150.9 cm·s-1,最小值为70 cm·s-1。     

柴油机进气过程三维瞬态数值模拟研究

利用三维造型软件Pro/E实现了螺旋进气道-气门-气缸的三维实体模型;运用FIRE软件对三维模型进行了进气流动的瞬态数值模拟,获得进气过程中气缸内部流场的速度场和湍动能的变化规律;揭示缸内涡流从多涡流结构向单涡流结构的形成过程.阐述了瞬态模拟和稳态模拟计算方法的不同之处,对两者模拟结果进行了对比,揭示了瞬态模拟的优越性.     

等离子体电弧数值模拟的研究进展

等离子体电弧的数值模拟研究对其在工业中的应用有重要的意义。详细阐述等离子体电弧数值模拟研究的发展过程,分别包括自由等离子体电弧和约束等离子体电弧的研究进展,等离子体电弧数学模型的完善主要体现在假设条件的减少上;介绍等离子体电弧数值模拟的方法与步骤,并指出ANSYS、FLUENT等数值分析软件都可以求解等离子体电弧数学模型;还提出综合考虑等离子体电弧的流动状态和三维约束等离子体电弧的数值模拟研究是未来的研究方向。     

栅格翼流体动力性能数值模拟

用Fluent软件对单独栅格翼的流体动力性能作了数值模拟: 对N-S方程用有限体积法进行离散、非耦合隐式方法差分求解、多重网格加速收敛, 得到了栅格翼法向力、轴向力、铰链力矩等随舵偏角δ的变化规律.计算值与截面为600mm×600mm空泡水洞的实验结果作了比较, 两者吻合得很好.     

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.     

化学微推冲阵列传热过程数值模拟

根据燃烧传热原理,建立了阵列单元燃烧传热过程的一维有限差分模型,运用此模型对装填斯蒂酚酸铅的7740玻璃、环氧树脂、微晶玻璃和硅药室单元燃烧40～80 ms过程中室壁温度成长和温度分布进行了数值模拟.结果表明,药室材料的导热系数和单元燃烧时间是影响温度成长和推冲单元分布的主要因素.低导热系数和短燃烧时间有利于提高相同面积上推冲单元的分布数.其中单元燃烧时间影响更大,导热系数增加100～1000倍时,热量传导的临界距离增加3.3～6.3倍,而燃烧时间增加一倍时,临界距离增加3～5倍,但都在微米级,硅药室为150～450 μm,其余三种为20～160 μm.     

涡流燃烧发动机燃烧室数值模拟

为研究涡流冷壁火箭发动机燃烧室内部的流动情况,分别采用RNGk-ε模型和雷诺应力模型对涡流冷壁发动机燃烧室流场进行数值模拟,确定采用雷诺应力模型能够较好的模拟冷态双旋涡流动。通过数值模拟得到了外层准自由涡,内层准强迫涡的Rankine组合涡结构。研究表明:数值模拟得到的流动结果比冷态模型更接近实际情况;三维效应在准自由涡区域比较明显,在强迫涡区域很小,总体上不影响燃烧室内的双旋涡流动结构。     

涡轮机壅塞式燃烧室燃烧数值仿真

为了研究涡轮机燃烧室的实现形式并通过仿真验证其工作性能,提出了一种既能实现三组元推进剂稳定燃烧,又能满足涡轮机在低工况时较低进气压力要求的新型壅塞式燃烧室方案,并基于计算燃烧动力学方法对该燃烧室方案的工作特性进行了数值仿真。仿真结果表明,在多种工况条件下,燃烧室三组元推进剂燃烧完全,三组元中的水完全蒸发,燃烧室流场分布合理,喷嘴环前压力满足涡轮机进气要求。该方案及仿真结果可供三组元推进剂涡轮机燃烧室工程研制参考。     

火灾环境下含炸药结构传热问题的数值模拟

为了解火灾环境下含炸药结构的热响应行为,针对其涉及的主要传热学问题,建立了池火灾火焰温升数值模型,碳/酚醛烧蚀层高温热解吸热数值模型,空气夹层复合传热数值模型,以及炸药受热分解放热数值模型。用所建数值模型,计算并获得了含炸药结构在不同温升条件下(恒定值1073 K、1273 K及本研究所提的火焰实测温升曲线)、不同火焰辐射率(0.1~0.9)和不同空气夹层间壳体表面辐射率(0.1~0.9)下的温度响应和热点火延滞时间。结果表明:火烧30 min情况下,火焰温度为1273 K时,内部炸药在28.92 min已经发生热点火现象。火焰温度为1073 K和实测温升曲线时,内部炸药最高温度分别为448 K和535 K。火焰辐射率从0.9降低到0.1时,内部炸药最高温度由535.4 K降低到344.6 K,热点火延滞时间由1917 s增加到3520 s。空气夹层间壳体表面辐射率由0.9降低到0.1时,内部炸药最高温度由535.4 K降低到329.0 K,热点火延滞时间由1917 s增加到3739 s。     

通气空泡内部流动特征数值仿真

通气条件会造成通气空泡内部压力分布变化,对空泡壁面产生显著的冲击作用,进而严重影响通气空泡动力学规律。本文利用FLUENT软件进行了通气空泡内部气体流动结构的数值仿真,并通过数字图像粒子测速（DPIV）试验数据和高速摄影试验数据对数值模型进行联合标定,分析了不同通气条件对空泡内部气体流动结构的影响规律。仿真结果表明,通气条件对射流区的流动形态影响较大,对回流区影响较小;通气角影响射流区的流动结构,通气量影响射流区和回流区在空泡内部所占比例。     

螺旋微反应器内传热过程模拟仿真与尺度放大

为提升微反应器制备含能材料的热安全性,采用基于有限体积法的计算流体力学模拟仿真方法,对螺旋微反应器内结构参数对流动与传热的影响规律进行了研究。结果表明,在螺旋微通道中,连续流动的流体在离心力的影响下会产生连续的二次流扰动方向变化,有助于增强流体的传热性能。增大螺旋微反应器的曲率、减小无量纲螺距值和增大流体流速,能够有效提升努塞尔数和控制沿程阻力系数。螺旋微反应器的传热性能存在“放大效应”,当螺旋管管道半径放大到2.5 mm以上时,热阻系数增大,传热性能降低。将螺旋管的管道半径控制在2.5 mm,能够在维持较高传热性能的同时,使换热流体通量增大了25倍,且压降降低了98.9%。     

超大口径平衡炮膛口流场数值仿真与流动特性分析

基于有限体积法,采用二维轴对称标准k-ε湍流模型并结合动网格分层技术,以某大口径、高射速、大质量的平衡炮为例建立了膛口流场模型,利用二维轴对称气体动力学模型来计算弹前气体及膛口流场。模拟了膛口直径为480 mm平衡炮,在900 m/s发射速度下的膛口流场特性,仿真结果与试验中高速录像所拍摄到的燃气比较,结果符合相对良好。分析了膛口形成的马赫盘、冲击波等发展过程;并尝试了不含初始流场时情况与其作对比,发现初始流场对大质量、高射速的火炮膛口流场具有很大的影响,不可忽略。     

内埋式航炮膛口流场特性数值模拟研究

为研究飞行速度对内埋式航炮膛口流场特性的影响,基于Navier-Stokes方程和k-ε湍流模型,采用Roe格式分别对4种飞行速度条件下的菱形机翼中内埋航炮膛口流场发展过程进行了数值模拟,对比分析了静止条件和超音速飞行状态下膛口流场的基本特征以及冲击波强度变化关系。结果表明：超音速飞行时形成由火药燃气冲击波、分离激波、滑移面等波系构成的膛口流场结构;在一定飞行速度范围内分离激波尺寸与来流马赫数正相关;膛口附近冲击波超压峰值变化与飞行马赫数有关。     

复合材料身管数值传热分析

文中运用有限差分法建立了武器发射时复合材料身管传热模型，并结合多个设计方案对复合材料身管的温度场进行了数值分析，对于复合材料身管的综合设计提供了重要的参考价值。