二维超音速喷管设计仿真研究

采用特征线理论设计二维超音速喷管型线,目的是产生超声速气流,用于开展和超声速流动相关的实验研究。采用采用维托辛斯基曲线经验公式对喷管收缩段进行设计,分别采用圆弧加直线和Folsch解析法对扩张初始段和终止段进行设计,得到位流曲线,再结合附面层影响进行修正,最后运用Fluent软件进行仿真验证型线,结果表明喷管出口流速达到了设计马赫数要求且流场较为均匀。     

缩扩型超音速喷管的设计与仿真

缩扩型的拉瓦尔喷管可以使通过其的气流获得超音速,出口速度的大小以及气流是否稳定是决定拉瓦尔喷管性能优劣的关键因素.通过Fluent软件对拉瓦尔喷管的相关流场进行了数值仿真,分析了入口压力、面积比、收缩段型面及扩张段的锥角对喷管出流速度的影响,可为喷嘴的设计提供理论指导.     

二维超音速喷管型线设计仿真研究

采用计算软件FLUENT,对四种经典收缩段型线下的流场特性进行数值模拟,为选择超声速风洞收缩段的型线提供依据。基于特征线理论,利用解析法完成超音速喷管膨胀段型线设计,通过分析总压恢复系数及均匀度等流场参数,确定型线膨胀角角度及喷管长度。结果表明,收缩段型线选用双三次曲线,膨胀角度3.5°的情况下,超音速喷管出口达到了设计要求马赫数,并获得了较好的气流品质。     

射流管伺服比例阀前置级流量的影响因素研究

射流管喷嘴与接收器之间的流场存在淹没射流等复杂的流动情况,导致流场特性不易预测。在喷嘴形状为矩形的情况下,通过对矩形接收孔和圆形接收孔的射流管伺服比例阀前置放大器进行流场数值仿真,得到了喷嘴位移、接收孔与喷嘴的重合面积、射流管入口压力以及负载对先导级流量的影响。通过比较,发现先导级流量与射流管入口与出口的压差的开方成正比关系,喷嘴位移、接收孔与喷嘴的重合面积以及负载大小对先导级流量的影响较小。建立了射流管流场的等效液压桥路,推导出了先导级流量的方程,并通过泰勒展开式分析了影响先导级流量的因素。提出了流量接收率的概念,并分析了流量接收率对先导级流量的影响。     

矩形光液耦合喷嘴的流场特性分析

设计了用于紫外光诱导纳米颗粒胶体射流技术的多种矩形光液耦合喷嘴,基于仿真结果比较了棱柱矩形喷嘴与圆锥矩形喷嘴的射流速度分布曲线,分析了矩形出口长宽比系数θ对射流特性的影响以及矩形喷嘴冲击射流在工件表面的压力分布和速度分布特性。结果表明,棱柱矩形喷嘴的射流速度分布均匀,当长宽比系数θ大于0.075小于0.3时矩形喷嘴的射流性能最为优异,冲击射流时工件材料的去除区域主要集中在矩形出口的宽度方向。     

基于Fluent的超音速喷嘴的数值模拟及结构优化

对超音速laval喷嘴进行了热力学计算及几何参数计算,确定了喷嘴的几何尺寸。利用Fluent软件对喷嘴内流场进行数值模拟,得到了喷嘴内流场的分布规律。改变喷嘴的结构,分析了收缩段和扩张段的不同结构对喷嘴出口速度的影响。结果表明,喷嘴内气流的温度和压力逐渐减小,速度逐渐增大,说明了气流经历的是减压增速降温的膨胀过程,并验证了喷嘴设计的合理性。收缩段的结构对喷嘴出口速度基本没有影响,而出口直径对出口速度有较大影响,并以此为依据得出了结构优化后的喷嘴尺寸,对于今后超音速喷嘴的理论研究及优化设计具有一定的参考作用。     

壅塞管空化器空化流场特性的数值模拟研究

基于水力空化相关原理和壅塞管的特性,对壅塞管空化器空化流场特性进行数值模拟研究,确认影响空化器空化效果的因素。通过研究确认,入口压力与入口直径对壅塞管空化器的空化强度有决定性影响。入口压力增大,空化器内压力梯度增大,表明入口压力越大,壅塞管空化器空化效果越好。入口直径增大,壅塞管内最大含气率升高,可在更大范围水体内产生空化泡,进而加强空化效果。在壅塞管空化器内产生比较均匀的气液混合两相流时,沿轴心线方向,从壅塞管中部位置至壅塞截面位置,气液两相流动的马赫数缓慢增大,在压力梯度到达极值时马赫数达到最大,为0.97,接近于1。     

清洗用扇形喷嘴结构参数对其内部射流的影响

采用标准k-ε湍流模型,利用计算流体软件对扇形喷嘴的内部流场进行了数值模拟;研究了当扇形喷嘴出口投影面积一定时,入口结构、出口几何参数对喷嘴内部流场和出口射流速度的影响.研究表明:锥形入口结构最有利于射流在喷嘴内的加速,可使射流在喷嘴中始终处于加速运动状态.出口段的直径影响出口段内射流的速度,出口射流速度随出口圆柱段直径的增加而增加,但存在影响其变化趋势的一个阙值直径.出口盲端的长径比和V形切槽的夹角对喷嘴内射流流态无明显影响,对出口射流速度也无明显影响.     

超音速喷嘴流出系数仿真分析

为获得超高速涡轮泵中超音速喷嘴流出系数随其入口收敛角、喉部直径等几何结构参数的变化规律,采用ANSYS CFD仿真分析工具,以氦气为工质,给定喷嘴入口总压11 MPa、总温300 K、排气背压0.105 MPa,对3种特定喉径的喷嘴分别在7种入口收敛角度下的流场进行仿真分析,获得其压力场、速度场分布及氦气质量流量,并将其与理论质量流量比较,得出喷嘴流出系数。3种特定的喉径分别为2,5,10 mm,7种入口收敛角分别为30°,45°,60°,90°,120°,150°,180°。结果表明:喷嘴流出系数随入口收敛角的增加而降低,随喉径的增大而增加,在2 mm喉径下流出系数最低为83.9%,在10 mm喉径下流出系数最高为99.1%,对后续设计超高速涡轮泵喷嘴结构形式具有指导作用。     

超音速真空喷射器性能试验和数值研究

对超音速空气喷射器的性能进行了试验和数值研究,得到了喷射器的喷射器系数,并分析了不同进气参数下的喷射器内部压力场和马赫场。结果表明,喷射系数的计算值和试验值吻合的较好,偏差小于5%;随着进气压力逐渐下降,引射驱动力减小,喷射系数降低。此外,高压气体在工作喷嘴出口的膨胀程度随进气压力降低而逐渐减弱,激波链出现的位置和强度也随之变化;进气压力降低使得高压气体在工作喷嘴的膨胀越充分,达到的马赫数越大,但是当进气压力降低为0.01MPa时,混合室的主体段由超音速或音速流动转变为亚音速流动,在混合室出口未形成激波。     

接触网绝缘子带电水冲洗的关键参数研究

为了研究接触网绝缘子带电水冲洗过程中喷嘴入口压力、喷嘴出口直径、风速等关键参数的影响,采用CFD软件Fluent进行气液两相流仿真,对比分析不同参数对水冲洗效果及安全性的影响。结果表明：入口压力是影响水射流速度的关键参数,出口直径是影响水射流水气比的关键参数;入口压力、出口直径、风速等参数都会影响水射流的直线性能及冲洗效果,尽量在风速低于2.5m/s或无风环境下进行冲洗作业,且尽量增加喷嘴入口压力以及选择直径较大的喷嘴;得到了喷嘴直径、射流距离与水气比的关系,为不同水冲洗情况下的喷嘴直径选择提供了参考。     

收缩喷嘴内部流道型线对射流流场的影响

为研究收缩喷嘴内部流道形成对射流流场的气体动特性参数的影响，根据可压缩流体轴对称N-S方程，采用非结构网格和二阶精度的有限体积法，对不同内部流道形线的喷嘴自由射流进行数值模拟。亚声速射流采用RNGk-ε湍流模型，超声速射流采用S-A湍流模型，计算结果与实验较吻合。在亚声速流动中，收缩喷嘴的收缩角大小会影响其对射流的阻滞效果，内部流道形线设计为维多辛斯基曲线可以获得更好的流场动特性参数，有利于提高喷嘴的工作效率。在超声速流动中，喷嘴流道型线对出口膨胀波的角度与强弱影响较大，要根据射流的有效作用区域选择合适的喷嘴，才能使能量的损失最小。若要获得较佳的外部流场参数，优化喷嘴内部流道设计十分重要。     

超声速流下多供气空圆盘静压止推气体轴承性能分析

应用Fluent软件对多供气节流小孔盘静压止推气体轴承进行三维流场的模拟计算,分析供气小孔数、气膜间隙和供气压力对圆盘静压止推气体轴承性能的影响,并和Reynolds方程解的结果进行比较,分析气膜内发生超音速流和不发生超音速时气膜内的压力分布和马赫数情况.结果表明,应用Fluent数值模拟可以很方便地处理节流小孔进入到气膜内区域的复杂流场流动;增加供气孔数、减小气膜间隙和降低供气压力能够避免多供气孔静压止推气体轴承气膜内发生超音速.     

医用射流锥直型喷嘴流动特性仿真研究

目前,国内关于医用水刀技术方面的研究逐渐增多,但针对医用水刀喷嘴进行研究的占少数。在此背景下,探究了医用水刀喷嘴不同结构对水射流能量损耗方面的影响,并使用Fluent仿真软件对不同锥角、不同压力下的锥直型水刀喷嘴喷射出的生理盐水进行流场分析。结果表明:锥直型结构喷嘴更适合应用于医用水刀,当锥直型喷嘴的锥角为30°时,喷嘴射流动压最为稳定,能量损失少;高速流区域随水刀入口压力的增大而增大,因此在手术允许范围内选取较高的入口压力可以提高水刀性能,更好地完成手术任务。     

收缩喷嘴内部流道型线对射流流场的影响

为研究收缩喷嘴内部流道形成对射流流场的气体动特性参数的影响，根据可压缩流体轴对称N－S方程，采用非结构网格和二阶精度的有限体积法，对不同内部流道形线的喷嘴自由射流进行数值模拟。亚声速射流采用RNGk-ε湍流模型，超声速射流采用S－A湍流模型，计算结果与实验较吻合。在亚声速流动中，收缩喷嘴的收缩角大小会影响其对射流的阻滞效果，内部流道形线设计为维多辛斯基曲线可以获得更好的流场动特性参数，有利于提高喷嘴的工作效率。在超声速流动中，喷嘴流道型线对出口膨胀波的角度与强弱影响较大，要根据射流的有效作用区域选择合适的喷嘴，才能使能量的损失最小。若要获得较佳的外部流场参数，优化喷嘴内部流道设计十分重要。     

高温过滤器用脉冲反吹喷嘴出口流场特性分析

在常温工况下,以直管、渐缩和缩放三种结构形式的脉冲反吹喷嘴为研究对象,利用高速摄影系统拍摄了喷嘴脉冲反吹过程中的分幅阴影照,利用计算流体力学软件FLUENT对这一过程进行了数值计算,试验结果与计算结果吻合很好,验证了计算模型计算喷嘴反吹时刻非定常流场的可靠性。在此基础上,对高温工况下的脉冲反吹流场进行计算研究,结果表明,高温工况下,脉冲反吹过程中,喷嘴出口流场中存在压力振荡,该振荡在脉冲反吹流场传播;喷嘴的结构形式对喷嘴出口流场的压力均一化波系具有重要影响,缩放式喷嘴出口射流核心区最大。通过跟踪流场不同时刻的压力分布发现,三种结构形式喷嘴出口流场的射流核心区均可观察到由膨胀波、反射斜激波、剪切层组成的激波胞格结构。     

往复柱塞泵转套式配流系统凸轮槽型线及其对流场的影响研究

转套作为往复柱塞泵转套式配流系统的重要部件对系统的配流起着至关重要的作用,而转套内凸轮槽型线直接影响系统的流场特性。提出了4种不同的凸轮槽型线,建立相应的型线方程,并通过对系统流场的数值模拟,对比不同型线对入口流量、出口流量和泵腔压力的影响。研究结果表明,线性凸轮槽型线下系统的吸油、排油时间长,流量大,倒灌量小,压力脉动小,综合性能最优。     

基于Workbench的高压圆盘气体轴承三维流场分析

为了取得高压圆盘气体轴承的完整三维流场,基于Workbench仿真软件对高压圆盘气体轴承进行三维建模仿真,得到整个流道及圆盘缝隙射流区的流场参数分布;将三维模型的气膜对称面与轴承圆盘、稳流管的轴对称面相交,截得气膜对称线;分析气膜对称线上的流场参数分布,并将其与二维简化模型流场计算结果进行对比,同时验证2种建模分析方法的有效性。结果表明：2种建模分析方法得到的气膜内马赫数和静压分布的变化规律一致,即在绝大部分气膜区域能保持高压,仅在气膜出口处很窄的范围内压力快速下降,同时在气膜出口附近形成超音速圆盘缝隙射流,使上游气膜内高压不受下游环境低压的影响;不同湍流强度对高压圆盘气体轴承内流场的静压无明显影响,但对缝隙射流区及气流远场区域的马赫数有着小幅影响。     

非均匀来流下TBCC变几何进气道的数值优化

为提高内并联式涡轮基组合循环发动机进气道的工作特性,设计了一种带多级楔板的扩压段二维进气道。采用数值模拟方法研究了非均匀来流对其流场特性及性能参数的影响,并与非均匀来流对常规型进气道特性的影响进行了比较。模拟结果表明:采用带多级楔板的扩压段二维进气道性能受非均匀来流影响更小,扩压段内出口流场有明显的提升;模态转换状态下,与常规型进气道相比,进气道出口总压恢复系数平均增大10%,总压畸变指数平均降低15%左右,冲压出口马赫数均小于0.41,出口温升比降低。从而使得发动机推力增加,耗油率降低,改善了TBCC发动机的性能。     

基于正交试验法的铝合金车体高压水清洗喷嘴结构优化

抑尘剂等复杂的化合物黏着在铝合金车体上,导致车体污染十分严重,高压水射流清洗方法能够有效去除铝合金车辆车体表面黏着的化合物。通过分析圆柱形、锥形、文丘里形和余弦形喷嘴的射流流场分布、射流出口速度、最大壁面静压、相同清洗宽度下压力值范围,得到余弦形喷嘴的清洗性能最佳,锥形喷嘴次之。基于正交试验法设计五因素、四水平正交试验表,得到常用清洗压力下余弦形喷嘴的最优结构参数：进口直径为40 mm、出口直径为20 mm、过渡段半径为40 mm、出射段长度为25 mm、过渡与余弦部分长度比为4。按照最优喷嘴结构参数进行建模,得到三组压力值下高压水出射速度比未优化前提高了2%,且优化效果随着入口压力值的提高而有所下降。在优化后的喷嘴结构参数下进一步计算得出入口压力为10 MPa时,靶距设置为250 mm能达到较好的清洗效果和节能作用。