坦克行驶扬尘浓度分布特性数值模拟研究

战场扬尘浓度分布对激光引信抗扬尘干扰研究具有重要意义。基于计算流体力学方法,应用重正化群k-ε模型和离散相模型,数值模拟单辆坦克行驶产生的扬尘分布规律。分析计算域内不同截面的扬尘浓度分布云图和平均浓度随时间的变化趋势,得到坦克不同行驶速度对扬尘浓度分布的影响规律。结果表明：坦克尾部扬尘浓度在近坦克尾部变化更迅速,而在远离坦克尾部区域扬尘浓度值动态范围更大;重力对扬尘扩散的影响可以忽略;坦克行驶速度越快,则扬尘扩散范围越大,且在垂直方向上扬尘浓度呈指数规律衰减。     

有限空间的尘浓度分布规律数值模拟研究

针对激光引信抗尘干扰能力研究问题,提出一种尘实验室设计方案。在实验室条件下形成一个浓度均匀且可调节的尘实验平面,进而对激光引信抗尘干扰能力进行定量分析。采用k-ε湍 流数学模型和离散相模型,基于混合差分格式和同位网格的压力耦合方程组半隐式方法,利用计算流体力学软件Fluent对尘实验室进行数值模拟,得到计算域内不同截面的尘浓度分布情况和浓度随时间的变化趋势。结果表明：尘平面均匀浓度受鼓风口风速和鼓料口质量流率的影响,与风速呈线性规律增长,与质量流率呈指数规律衰减;自然风可以加快尘的沉降速度。     

微型固体火箭脉冲发动机两相流数值模拟

应用欧拉-拉格朗日模型对某弹用微型固体火箭脉冲发动机进行两相流模拟,建立了三维空间的物理模型和数学模型,研究了纯气相和1~50μm不同直径颗粒对脉冲发动机性能参数的影响。数值模拟结果表明,气相的惯性作用使发动机内流场呈现不均匀分布,不同直径的颗粒在内流场中的分布情况不一样。在同一质量分数下,颗粒直径越大,对气相的传热和阻碍作用就越小,颗粒直径越小,粒子的随流性越好,与气相能量和动量的交换越显著。     

基于FLUENT的烧蚀喷枪两相流流场数值模拟

以自行研发的烧蚀试验系统为基础,为提供试验设计和结果分析所需要的数值依据,针对系统的核心部分,采用FLUENT流体力学数值模拟软件和有限体积法,建立气固两相流流场的数学模型,对烧蚀枪内外的两相流流场进行数值仿真,其结果揭示了烧蚀枪燃气流和粒子流的速度场、温度场的变化规律。结果表明该数值仿真方法对两相流具有较好的模拟。     

过载条件下长尾喷管发动机三维两相流场数值研究

利用Euler-Lagrange模型方程,对某长尾管发动机内的三维两相流动进行了数值模拟,分析了不同颗粒直径、不同过载组合、不同铝粉含量对发动机内颗粒的分布特征的影响.计算结果表明 气相流场和两相流场区别明显;随着颗粒直径的增加,颗粒聚集浓度增加,且颗粒的运动规律变化明显;过载的变化对发动机装药段颗粒分布特征影响明显,对长尾段影响小,横向过载对颗粒运动轨迹和聚集浓度影响显著,纵向过载影响小;随着含铝量的增加,颗粒聚集浓度增加.     

带有中心点传火管的燃气发生器两相流数值模拟

建立带有中心点传火管的燃气发生器的两相流数学模型。针对中心点传火管的点传火过程采用了一维两相流数学模型,管式燃气发生器的能量释放过程建立了二维两相流数学模型,通过气固交换建立了二者的耦合作用,并采用Mac Cormack 预估校正二步显格式编制了内弹道计算软件,进行了仿真计算,仿真计算结果与试验结果符合良好,验证了模型的正确性,为管式燃气发生器的结构设计及优化提供了理论基础;同时根据仿真结果对管式燃气发生器的能量释放过程进行了分析,结果表明均匀一致的点火条件是管式燃气发生器平稳释放能量的前提,点火能量的均匀释放才能保证燃气发生器内火药燃烧过程可靠,能量释放过程可控。     

固体火箭发动机长尾喷管三维两相流动数值模拟

运用颗粒轨道模型对固体火箭发动机长尾喷管内流场两相流进行了数值模拟,通过与纯气相流场的对比研究了粒子相对喷管流场的影响规律,分析了1～100μm不同直径颗粒的运动特性及分布特征。结果表明,颗粒相的加入对长尾喷管内流场带来很大影响,颗粒相的运动轨迹与颗粒直径密切相关,颗粒分布和颗粒沉积特性与颗粒运动轨迹具有内在联系,为两相流条件下长尾喷管的热防护试验研究提供了一定依据。     

气液两相爆轰的数值模拟

本文采用高分辨率的 TVD格式和 Mac Cormack格式 ,对二维轴对称气液两相爆轰进行了数值模拟 ,研究了爆轰的发展过程以及产生的空气冲击波的传播规律。计算中考虑了燃料液滴的蒸发 ,液滴边界层的剥离等影响 ,并对 TVD格式进行了部分改进 ,取得了良好的结果     

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     

内弹道两相流三维并行数值模拟

为解决火炮内弹道两相流三维数值模拟的计算工作量大及仿真精度低问题,基于任意拉格朗日-欧拉方法建立火炮内弹道三维两相流模型,采用MPI方法进行了分区并行计算。三维控制方程采用高阶MUSCL格式进行空间离散,时间方向采用4阶龙格-库塔法进行求解。三维数值模拟结果揭示了火炮内弹道两相流动过程的三维发展特性,计算得到的内弹道特征参数与文献［20］ 结果符合较好。分析了不同点火管长度及管径对于内弹道性能的影响,为后续开展多维点火性能的优化研究提供了理论基础。并行数值实验表明,采用24个进程的内弹道三维计算,并行效率可提高50%左右。     

带管道连接的空间中悬浮铝粉尘爆轰波传播数值模拟

为研究悬浮铝粉尘爆轰及效应的问题,采用两相流模型数值研究了铝粉尘与空气当量比为1时,浓度0.304 kg·m~(-3),铝颗粒半径为2.0μm,悬浮铝粉尘爆轰波在通过管道连接的空间内的发展传播过程,用数值模拟得到了爆轰波的点火起爆及爆轰波传播、反射和绕射过程的压力、温度分布。结果表明,在模拟区域左侧的密闭空间中,爆轰波与壁面产生反射形成6.5 MPa局部高压区,而爆轰波与两壁产生的反射波的相互作用会形成18 MPa的局部高压区。爆轰波能通过绕射传播进入管道内,并在接近管道出口处速度能到达1571 m·s~(-1),压力能达到2.85 MPa,接近稳定传播状态。爆轰波通过绕射传播进入右侧空间中,在管道出口处绕射形成对称低压低密度区域,爆轰波压力和爆速下降,在右侧空间内继续传播。计算区域内的爆轰波后大部分区域温度保持在3400 K以上。     

铝粉尘云团爆轰温压效应的数值模拟

为研究粉尘云团形成的爆轰波在空气中传播过程及对周围环境的温压效应和毁伤规律,采用时-空守恒元解元算法两相流模型模拟了当量比为1,颗粒半径为2 μm的悬浮铝粉尘均匀分布形成的半径3.0 m的云团在空气中的爆轰波传播过程。研究结果表明：在冲击波到达云团边界处3.0 m位置时压力达到最大值2.10 MPa,而后压力产生衰减;冲击波到达4.7 m时铝粉尘全部反应完毕无剩余;铝粉尘反应形成的火球会向外运动可到达10.0 m处,火球内中心区域为温度3 500 K 以上、密度0.120 kg/m³的高温低密度区域;冲击波到达24.5 m处超压为0.10 MPa,达到致人死亡标准;冲击波到达28.0 m处时超压为0.09 MPa,可致人严重损伤。     

聚能射流侵彻运动钢靶的数值仿真

针对聚能射流侵彻运动钢靶的过程进行数值模拟,对比分析炸药性能、炸高和钢靶运动速度对射流侵彻过程产生的影响,以及聚能射流侵彻运动钢靶的毁伤特性.仿真结果表明:运动钢靶速度越高,射流穿透后速度损失越大.为确保对高速运动目标的打击能力,需采用高能炸药作为聚能装药,并合理设计炸高.     

基于CE/SE方法的铝粉尘爆轰二维两相数值计算

建立了铝粉-空气管内爆轰的二维两相模型.根据守恒元-求解元的思想,构造了铝粉燃烧转爆轰过程的数值计算格式.采用此格式研究了铝粉尘爆轰管内流场,分析了爆轰管内径向与轴向的压力效应、温度以及颗粒相粒径和气相组份的变化.讨论了铝粉/空气燃烧波在爆轰管内碰撞、反射对转爆轰过程的影响.结果表明,爆轰管内火焰阵面和压力阵面能很好地耦合,爆轰管内铝粉和空气能够形成自持传播的爆轰波.本文的数值计算结果对铝粉尘爆轰研究具有理论指导意义.     

高速破片撞击飞机油箱的数值模拟研究

为研究飞机油箱在水锤作用下的破坏效应,运用数值计算方法对高速破片撞击充水箱体的破坏响应进行研究。采用赋予破片速度和ALE建模的方法数值模拟高速破片撞击充水箱体的破坏响应,并对不同破片速度和不同充水比下箱体的变形进行比较分析。计算结果表明:破片撞击充水箱体时的破坏效应较空箱体要严重得多,箱体前后壁的穿孔处周围是发生破坏最严重的区域;箱体前后壁的变形量随破片速度的增加而增加;部分充水箱体的变形明显小于完全充水的情况,但对于充水75%和85%的箱体变形差距不大。     

某水陆坦克静水航行性能数值模拟研究

在进行水陆坦克设计时,传统的方法主要通过模型拖模试验研究分析水上性能和验证设计.针对拖模试验存在的自身无法克服的几方面问题,采用流体力学分析软件,利用非定常水动力学理论耦合6自由度刚体运动和自由水面进行数值模拟仿真,计算坦克车辆水动力特性·计算值与实车试验结果基本相符,计算精度满足要求,表明采用数值模拟分析水陆坦克部分水动力特性、预测航速航姿、优化车体外形是有效的水陆坦克水上性能的设计方法.同时通过仿真计算获得了最佳尾滑板角度,提出了减小航行阻力和摩擦阻力的措施.     

微型脉冲固体火箭发动机侧喷流数值仿真

针对不同工况条件下的微型脉冲固体火箭发动机侧喷流外流场进行两相流条件仿真研究,除了对不同导弹攻角条件下的两相流进行分析,还探究了弹体表面参数受颗粒的影响情况.研究结果表明:在同一颗粒质量分数条件下,颗粒直径越小,对喷流的控制效果产生消极影响越大;在两相流情况下,颗粒相对干扰流场的结构产生了较大影响,颗粒相对喷流的控制效果起消极作用;导弹处于正攻角时,有利于喷流控制作用,攻角越大,控制效果越好.     

钨合金弹侵彻运动圆柱壳靶板的数值模拟

采用有限元软件,对钨合金弹以不同速度侵彻具有不同横向运动速度的圆柱壳靶板的过程进行了数值模拟。计算结果表明,钨合金弹的剩余速度和剩余动能随着靶板的横向速度的增大而急剧降低,随着钨合金弹的侵彻速度的增大而增大,而靶板横向速度对钨合金弹剩余速度的影响在低速侵彻时比高速侵彻要大。     

坦克火炮系统动态特性仿真

主要对坦克在不平地面行驶时火炮系统的振动动态特性问题进行了动力学分析与建模仿真,主要包括:通过随机抽样法建立双侧不平地面模型,采用状态方程法建立三维车体和双侧任意车轮在内的坦克底盘的振动模型、车体与火炮的相互作用模型。所用方法和建立模型可以将坦克底盘振动对火炮系统运动的影响体现出来,更加全面和客观地反映了坦克行驶过程中火炮系统的振动机理和动态特性,较实际车辆测量法获得火炮运动特性的方法更为高效和系统,对于坦克行驶间的整车振动和火炮系统控制分析有着积极的作用.