火箭发动机尾流场流动的数值分析

采用k-ε湍流模型和离散坐标模型(Discrete Ordinates Method,简称DO模型),使用CFD技术对4喷管火箭发动机的尾流场进行3-D数值模拟,研究了不同飞行高度和不同喷管均布直径的情况下尾流的流动特性和尾流对火箭底部的辐射特性.结果显示,飞行高度增加时,尾流边界逐渐变宽、变长;喷管之闻距离缩小时,尾流增长;飞行高度对火箭底部的辐射热流密度有很大影响;喷管之阃距离缩小时,火箭底部辐射热流密度增大,高温区域增大.研究结果对多喷管火箭的总体设计有一定的指导价值.     

固体火箭发动机喷管材料烧蚀仿真及分析

针对固体火箭发动机喷管材料烧蚀问题，分析并比较了碳基材料喷管和钨材料喷管的烧蚀率。通过计算两种喷管材料的热化学反应速率，得到了对应的烧蚀率和热流密度分布特性，并分析了燃烧室压强和温度对喷管烧蚀的影响。结果表明：碳基材料喷管与钨材料喷管的烧蚀分布规律相同，但钨材料喷管的整体烧蚀率更小；燃烧室压强和温度均会提高喷管的烧蚀率。综合考虑材料成本和固体火箭发动机整机重量因素，选用钨材料喉衬可以明显减小喷管关键位置的烧蚀量。     

轴对称矢量喷管动力学仿真与分析

在对飞机发动机轴对称矢量喷管结构和工作原理进行研究和分析之后,利用UG软件实体模块建立了固体火箭喷管的机构模型。将装配好的固体火箭喷管各构件导入MSC.ADAMS软件中,施加相应约束,构建了该固体火箭喷管的动力学仿真模型,在MSC.ADAMS软件中对固体火箭发动机轴对称矢量喷管的收扩、偏转运动进行了仿真。最终通过仿真获得了固体火箭喷管机构各环节的受载和动态特性数据,为简化新产品的建模、热态特性仿真、获取机构动态特性及加速新产品研发提供了重要的理论依据。     

红外探测中潜艇冷热尾流的传热传质特性

本文采用有限体积法建立了1/72龙鲨Ⅱ号核潜艇的三维计算模型,结合动参考系、用户自定义函数和物性多项式函数等实现了高速旋转螺旋桨和海水温度密度分层的仿真。基于该模型,探讨了螺旋桨高速旋转、海水温度密度分层和高温热尾流喷射等因素对潜艇冷热尾流传热传质特性的影响,所得结论如下:高速旋转螺旋桨促使热尾流后向延迟距离增大、海表温差减小,忽略旋转时海表温差的绝对误差和相对误差分别为3.23mK和52.7%;水下航行潜艇扰动温度密度分层海水浮升形成冷尾流温差信号,与温度密度均匀海水相比,海表温变区域显著增大、尾流温差由6.13mK增大到84mK;通过海表上游冷尾流特征判断是否存在水下航行潜艇,若存在,再结合海表下游热尾流特征实现潜艇位置的精确反演。上述结论可为优化潜艇冷热尾流的数值仿真精度提供参考与借鉴。     

基于机电伺服技术的固体火箭发动机球窝喷管限位技术研究

对采用机电伺服技术作为执行机构的固体火箭发动机球窝喷管的控制特性进行了研究,针对球窝喷管的技术特点,分析了球窝喷管的不同限位措施及其对系统整体特性的影响。     

基于烧蚀理论的固体火箭发动机热结构传热数值模拟

应用高级传热分析模块MARC-ATAS,以固体火箭发动机喷管喉衬热结构为研究对象,基于表面能量平衡理论,采用流线模型,在热传导、对流和辐射基础上,考虑C/酚醛复合材料的气化、热解和碳化、喉衬表面的三氧化二铝粒子冲击传热影响,数值模拟了喷管喉衬的瞬态烧蚀传热过程,获得了50 s内喷管喉衬温度、烧蚀量、碳化分数和密度的变化规律：其中对于喉衬结构,烧蚀率较小可采用网格松弛法,对于烧蚀率较大的热结构传热计算,可采用网格消除法;建立的固体火箭发动机热防护结构数值模拟方法在固体火箭发动机工程研制中具有指导意义.     

基于机电伺服系统的珠承喷管推力矢量控制技术研究

对基于机电伺服系统作为控制执行机构,采用珠承喷管技术作为固体火箭发动机喷管的推力矢量控制进行了研究分析,给出了固体火箭发动机珠承喷管的负载动力学特性,并基于机电伺服系统对推力矢量控制的整体特性进行了探讨。     

不同错列布置下垂直轴风力机尾流特性

为研究垂直轴风力机错列排布时下游风力机横向偏移距离对尾流特性的影响,获得优化的排布方式,以某H型垂直轴风力机为研究对象,建立了三维计算模型进行仿真模拟。基于单风力机模拟结果,研究了错列排布中不同偏移距离对风力机功率系数及尾流特性的影响。结果表明：当尖速比由0.5增加至1.5的过程中,风力机尾流逐渐接近于钝体尾流,下游速度恢复距离减小;风力机阵列中,错列布置可有效缓解上游风力机尾流对下游风力机的不利影响;随着横向距离的增大,下游风力机整体尾流速度分布逐渐与上游风力机的下游气流速度分布相一致,当横向间距为1倍,2倍风轮直径时,下游风力机功率系数相比单列排布提升了16.5%,37.3%。     

中空铝型材与保温复合板传热特性的数值研究

在等热流边界条件下对一个复杂的耦合换热过程—空腔内的自然对流、以及固体材料的导热模型进行数值模拟研究。结果表明:随着热流密度逐渐增大,在空气夹层区域中等温线的仅仅一小部分不是直线且等温线的扭曲幅度逐渐增大,而等温线在保温材料和装饰材料固体区域中是直线;速度矢量的长度随着热流密度增大而逐渐增大,在温差为37.08℃时速度矢量的长度比温差10.88℃时速度矢量的长度大,这些现象表明中空铝型材空气夹层内的自然对流随着温差的增大变得强烈。     

分布式能源用新型Senegal式垂直轴风力机尾流分析

针对现有的Jensen尾流模型分析水平轴风力机(HAWTs)的方法,对采用经典Jensen尾流模型时恒定的风速亏损和尾流衰减系数进行改进,提出基于改进型Jensen尾流模型对新型Senegal式垂直轴风力机(VAWTs)尾流分析的新方法。结合流场分析对该新型风力机进行尾流数值模拟,得出了基于改进的Jensen尾流模型的尾流参数二维分布的变化规律。由于尾流分布具有三维性,二维尾流分布不能完全反映尾流特性,因此还得到了尾流参数三维分布。全面地分析了单台VAWT的尾流特性,不仅为进一步的多台VAWTs尾流分析和风电场风力机排布研究打好基础,而且为该类Senegal式VAWT的尾流研究提供了借鉴和参考。     

Flow characteristics and entrance length effect for MEMS nozzles

The critical back pressure ratio (CBPR) and the discharge coefficients were measured for traditional ISO nozzles with circular throat sections and sonic MEMS nozzles with rectangular throat sections manufactured using Micro-Electro-Mechanical systems techniques. The measurements show that critical flow can be reached in the MEMS type nozzles, but that the CBPR is much smaller than for traditional ISO nozzles and is almost constant for the same MEMS nozzle with different Reynolds numbers. The CBPR for MEMS nozzles with similar shapes increased as the throat diameter increased with different CBPR values for different shapes. For MEMS nozzles with similar geometries, the discharge coefficients in the backward direction with the longer entrance length were always higher than in the forward direction with the shorter entrance length.The measurement results were used to analyze the effect of the entrance length effect on the discharge coefficient with comparisons to theoretical values. As with the Vena Contracta for subsonic flow, the longer entrance section resulted in larger effective throat diameters for the same MEMS nozzle, which resulted in larger discharge coefficients.     

定向喷嘴布置对PDC钻头井底流场影响研究

定向喷嘴布置的方式对PDC钻头的井底流场将有很大的影响,尤其是能改变PDC钻头的水力性能,因而研究定向喷嘴布置具有重要的意义.本文分析了喷嘴的不同布置方法,并通过数值方法模拟其对PDC钻头井底流场的影响.结果表明:在不完全对称布置方案的冲击区,在射流刚开始从喷嘴处流出去,但还未接触井底,各喷嘴射流处于衰减地带之内,这样的话将对钻头的清洗和携带岩屑离开井底非常有效果;在漩涡区,喷射角大、距钻头中心远的喷嘴射流则对清洗和携带井壁附近的岩屑起主要作用,喷射角小、距钻头中心近的喷嘴射流则对清洗和携带井底中心的岩屑起主要作用;在刀翼上的附面层由于周围喷嘴的影响,刀翼切削面低速区明显减少,剪应力增大,更好地预防、清除PDC钻头的泥包.最终达到提高机械钻速的效果.     

耦合场下固体火箭发动机喷管的动力学分析

喷管是固体火箭发动机关键部件之一,它的烧蚀及温度场计算对于固体火箭发动机的工作性能及结构设计有很大的影响.喷管在工作过程中承受着高温燃气的烧蚀和冲刷,所产生的热效应和由此带来的热耦合效应已经成为喷管强度和稳定性分析必须考虑的重要因素.文中首先对其进行动力学分析,然后基于ANSYS的流体及热分析单元,对固体火箭发动机轴对称矢量喷管进行温度分布及其热应力分析、热1结构耦合分析,流场1热1结构的耦合分析.     

新型单圆锥体热沉单孔射流散热数值模拟*

射流冷却是高热流密度换热的有效方法之一,其热沉形状是影响换热的关键因素。提出一种新型圆锥体热沉,应用RNG k-ε湍流模型,对新型单圆锥体热沉进行单孔水冷散热数值模拟,并进行试验验证。结果表明：单圆锥体热沉的散热效果明显强于常规平板热沉,前者的射流流体域比后者多一个转折区,转折区内存在二次冲击,使换热得到强化。雷诺数越大,圆锥体热沉散热性能越优异;在不同锥角(15°~60°)的单圆锥体热沉传热模拟中,当锥角在45°左右时,热沉表面的平均努塞尔数数最高;圆锥体底面直径d₁和射流孔直径d比值在1~3范围内,数在比值为2.5左右达到最大值;射流高度H与射流孔直径d比值在5左右时,数趋于最大。     

脉冲爆震火箭发动机数值模拟研究

脉冲爆震火箭发动机是一种利用脉冲式爆震波产生高温、高压燃气发出的冲量来产生推力的新型推进系统。与常规液体火箭发动机相比,脉冲爆震火箭发动机具有更高的性能,并且结构更简单。本文应用特征线法给出一维爆震波在爆震管内的传播过程的解析解。对爆震波到达爆震管口后发动机的非定常排气流动过程进行了二维数值模拟,并对比了无喷管和带3种不同形式喷管(收敛喷管、收敛扩张喷管和扩张喷管)对发动机推力等性能参数的影响。     

A comparison study between navier-stokes equation and reynolds equation in lubricating flow regime

For practical calculations, the Reynolds equation is frequently used to analyze the lubricating flow. The full Navier-Stokes Equations are used to find validity limits of Reynolds equation in a lubricating flow regime by result comparison. As the amplitude of wavy upper wall increased at a given average channel height, the difference between Navier-Stokes and lubrication theory decreased slightly ; however, as the minimum distance in channel throat increased, the differences in the maximum pressure between Navier-Stokes and lubrication theory became large.     

多台矿用潜水电泵并列布置吸入条件的数值模拟分析

采用计算流体力学的方法,对流量分别为275、550、725、1100、1450m3/h的井内2台潜水泵同时工作时的入口外部流场进行了数值模拟,根据速度场的分布以及涡流情况来确定不同流量时两泵工作时的吸入条件。数值模拟结果表明,平行安装与错位安装时的2台泵吸水管过滤网中心线之间的距离、错位安装时吸水管过滤网的高度差要求随着流量的增大而增大,而吸水管滤网下缘与井底的距离、吸水管滤网中心线与矿井内壁的距离随着流量的增大变化较小。     

锂电池极片干燥箱风刀内流特性的试验与数值模拟对比研究

为获得锂电池极片干燥箱中所用风刀的均流特性与阻力特性及验证数值模拟结果的正确性,依据几何相似,使用有机玻璃材质,制作与数值仿真模型相同结构尺寸的风刀性能试验箱体。采用与数值模拟一致的进口流量和出口压力为边界条件,实现运动相似。通过对不同流量下进出口压差的测量,得出风刀的阻力特性;利用热线风速仪沿风刀出口逐点测取风速值,求得风刀对空气的均流特性。试验结论与数值模拟结果具有较好的一致性：在同样整体尺寸和运行工况下,带有底部筛板及内胆的风刀阻力较小,进出口压差在33～524 Pa,其均流性最好,出口气流均匀性在95%以上;带有顶部出风圆孔且无内胆的风刀阻力最小,进出口压差在24～354 Pa,其均流性最差,出口气流均匀性为80.4%,达不到使用要求;无底部筛板和内胆且出风口狭小的风刀阻力最大,进出口压差在203～3 234 Pa,达不到减阻要求,其均流性较好,出口气流均匀性为91.1%。探讨风刀均流作用与压力损失之间的内在联系,提出在实际生产中风刀形式的选择与调整原则。     

电子设备的热设计研究

分析了现代电子设备热流密度的特点,强调了热设计重要性,概括了热设计所涉及到内容,分别从导热、对流和热辐射三方面简要介绍了传热学的基本原理,根据传热学基本原理介绍了热设计方式的选择和几种常见的设计方式及特点。     

同轴套管式深井换热器的换热性能分析

同轴套管式深井换热器是一种开采地热能的有效方式,为了提高其换热器的换热性能,采用有限体积分析方法,开展了同轴套管式深井换热器传热性能研究。通过建立近地热源区域的同轴套管式深井换热器三维传热模型,分析了入口流速、入口温度以及保温管距井底距离等关键因素对换热器采热功率的影响,结果表明:入口流速由0.1 m/s增加到1 m/s,采出温度降低了9.82 K,采热功率增加了7倍;入口温度从288 K增加到308 K,采出温度增加了13.61 K,采热功率下降了17.2%;距井底900 mm距离降低到 100 mm,采出温度增加1.91 K,采热功率增加了6.57%。