小推力液体火箭发动机沉降型液膜冷却液膜长度研究

沉降型液膜冷却是指从喷嘴向壁面以一定角度喷注某种液滴,液滴到达壁面沉降形成液膜,实现对壁面热防护的一种方法,常用于小推力液体火箭发动机热防护系统中.采用Stechaman半经验方法对决定液膜冷却效果的关键参数——液膜长度求解.采用k-w模型描述湍流流动、Eulerian-Lagrangian模型描述两相流,采用C/C++语言编写Bai-Gosman液滴撞壁模型程序,采用数值模拟推进剂液滴撞壁后复杂的状态变化过程,考虑壁面热辐射,对400N双组元MMH/NTO自然推进剂发动机推力室内的蒸发、流动、燃烧和传热过程进行了数值模拟.在采用半经验公式方法求解液膜长度的过程中,分析了液膜流量对液膜长度的影响,研究了该方法的实际应用情况.实验结果表明,该方法可以较好地计算液膜长度,计算结果与实验具有较高的一致性,对工程实践具有重要的指导意义.     

双路离心式喷嘴液膜形态的实验研究

借助高速运动分析系统对不同工况条件下双路离心式喷嘴液膜形态进行深入研究,重点分析了主、副油路单独供油与同时供油时液膜的形成与破碎机理.结果表明,副油路液膜形成过程分为射流、成膜、展开3个阶段,主油路液膜形成过程为聚集、成膜、展开3个阶段.副油路介质流动会提升主油路开启时主油路介质的雾化效果.主、副油路液膜的破碎分为初级破碎与二级破碎2个过程,其中主油路的液膜的初级破碎可按是否有孔洞形成分为2类.副油路液膜存在周期性摆动现象,摆动过程会使得液膜破碎长度减小,雾化效果提升.随着背压差的增加,液膜摆动时长占振动周期的百分比增加,雾化效果提升.研究结果有助于揭示双路离心式喷嘴的流动机理并提供设计指导.     

双层气雾化喷嘴突出高度的数值研究与分析

采用计算流体软件Fluent数值模拟的方法,通过对双层气雾化喷嘴气流场、颗粒粒径以及温度场的数值模拟,研究分析了导液管突出高度对气流场、颗粒粒径以及温度场的影响．研究结果表明,模拟结构中导液管突出高度为6mm时气流场结构最优,雾化所得粒径最小．此外,论文总结了气雾化过程中液滴在特殊气流场中破碎的主要过程,为双层气雾化喷嘴结构设计及机理研究提供了理论依据．     

旋流喷嘴内部流场的数值模拟和实验研究

为了揭示旋流喷嘴内部流动机理,有效预测其外部雾化特性,采用VOF多相流模型和RNG κ-ε湍流模型对旋流喷嘴内部的气液两相流动进行了数值模拟.通过对喷嘴结构进行合理的网格划分和特殊边界条件设置,计算了喷嘴内部的速度场、压力场和空气芯的形状尺寸.分别通过激光测速仪和高速摄像仪测量出口速度、空气芯的直径和雾化半锥角,对计算结果进行了验证.结果表明,旋流喷嘴内部流动为Rankine涡结构,其雾化特性如雾化角和液膜厚度等可以通过分析出口处流场得到.     

天然气膜基吸收法脱除H2S过程模拟

建立微分方程和阻力方程组合模型,模拟了以MDEA(N-甲基二乙醇胺)为吸收剂,聚丙烯疏水性中空纤维膜接触器吸收H2S的传质过程.采用聚丙烯中空纤维制成膜接触器,以MDEA溶液为吸收剂,进行天然气脱除H2S实验.对实验值与模拟值进行比较.结果表明,以膜组件出口气H2S浓度作为衡量标准,在低气速和低液速的情况下,模型值与实验值符合很好;在高气速和低液速的情况下,实验值高于模型值,但相差不大.该模型能很好地模拟膜基吸收法脱除H2S的过程.     

生物柴油(菜籽油)与柴油的喷雾燃烧特性研究

为了对比生物柴油与柴油在喷雾、燃烧方面的差异,本文在GTEA程序的基础上,建立了燃油雾化和燃烧数学模型,建立了柴油与生物柴油的物性库。通过液核长度和火焰浮起长度实验值与计算值的对比验证建立数学模型的准确性,同时讨论了燃油物性对燃油雾化和燃烧过程的影响,对比了柴油与生物柴油不同的雾化和燃烧特征。计算结果表明:生物柴油较大的表面张力抑制了液滴的破碎,较差的蒸发特性延缓了蒸发速率,使得液滴直径和动量较大,导致液核长度大于柴油的液核长度。尽管生物柴油与柴油的燃烧特性相似,但物性和雾化特性的差异,导致生物柴油火焰浮起长度较长。计算参数的研究表明:喷嘴直径对生物柴油液核长度和火焰浮起长度的影响更大。减小喷嘴直径可以缩短生物柴油液核长度和火焰浮起长度,有利于生物柴油在现有柴油机的应用。     

水力喷砂射孔喷嘴的数值模拟及试验研究

针对收缩型喷嘴内部结构长径比(直线段长度与直径的比值)严重影响出口射流的冲蚀性能这一关键问题,研究了喷嘴内部射流加速机理,得出长径比是影响喷嘴出口射流速度的最主要因素之一;针对工程中5吋套管常用喷嘴结构,选取不同喷嘴直径和直线段长度,利用FLUENT软件计算了35组模型(直线段长度为6~12 mm,直径为4~6 mm),结果表明:射流速度最大时喷嘴长径比存在一个最佳值,本次计算射流出口速度最大时长径比为1.8;实验室按照数值计算模型加工35个不同长径比喷嘴,利用粒子图像测速系统(PIV)进行非接触式试验,分析实验结果,揭示了长径比对喷嘴出口射流性能的影响规律,验证5吋套管常用喷嘴(总长度为17 mm、收缩角30°)出口射流最大时对应的长径比1.8,试验结果与数值模拟一致.     

不同喷嘴结构下高压脉冲水射流的数值模拟

为进一步优化喷嘴结构,应用流体仿真软件Fluent对喷嘴中高压气体驱动的水柱进行数值模拟.在数值模拟方法中应用SST k-ω湍流模型与VOF模型,研究了直喷嘴、锥形渐扩喷嘴和锥形渐缩喷嘴结构下的管内外气/液分布与水射流的流体力学特性.模拟结果表明:直喷嘴水射流在初期有最高的射流速度,且在模拟计算城内平均速度最高;锥形渐...     

燃油喷嘴内部流动和油膜破碎的数值模拟

本文采用VOF法对某航空发动机离心式喷嘴主油路的两相流进行模拟,得到了不同流量时喷嘴内部压力分布、速度分布及喷雾半锥角等参数;采用realizable κ-ε模型和雷诺应力模型进行了模拟;将实验数据、经验公式和模拟得到的数据进行对比分析,模拟结果比较理想;捕获了喷嘴下游油膜的初级破碎。     

空间模式下柱状射流雾化特性研究

应用线性不稳定理论对柱状射流雾化过程中液滴破碎机理进行了理论分析,利用简正模态法和贝塞尔函数的性质推导出了射流破碎色散关系,并分析了韦伯数和角向模数对柱状射流的影响.采用空间模式对射流破碎进行分析,得到了破碎过程中的射流雾化平均粒径计算式.利用液柱喷嘴组合试验台进行了不同喷嘴组合下柱状射流雾化粒径验证实验,实验结果与线性不稳定模型的计算结果基本吻合.     

内燃机工作过程三维两相反应流数值模拟

针对内燃机缸内工作过程三维两相反应流动问题开发了一套数值模拟程序.对气相流动采用Euler方法求解,用有限体积法离散控制方程组,采用SIMPLEC算法求解压力速度耦合.而对液滴相采用离散液滴模型(DDM),通过Lagrange方法求解.对液滴追踪采用了一种快速的颗粒追踪方法,考虑了液滴相与气相的完全双相耦合情况,采用Spalding模型描述液滴蒸发,同时采用涡破碎(EBU)模型计算化学反应速率.对TBD620发动机工作过程进行了数值模拟,数值计算结果分别与理论值和实验值吻合良好,压力峰值处误差在2％以内,验证了程序的可行性,并通过不同网格模型证明了程序的网格独立性.     

涡流室式柴油机燃油雾化过程的三维数值模拟

将喷射燃油分为液核区和气液混合区,用Ｋ－Ｈ不稳定性理论和Ｒ－Ｔ不稳定性理论来分别描述其油滴破碎过程,并考虑油滴间的碰撞与聚合,建立了燃油雾化模型将此模型应用到涡流室式柴油机中,进行三维数值模拟计算,得到了涡流室式柴油机油滴雾化过程的一些规律,取得了与高速摄影照片相一致的结果     

Leakage in Mold Slit during Inverse Solidification

The liquid steel will be leaked from the slit between the bottom of solidification mold and mother sheet during inversion casting process. By substitution of the actual liquid steel, the Ph-Sn alloy and the numerical simulation can be used to study the fluid flow in the inversion solidification mold, the mother sheet critical speed is determined for preventing the leakage from the slit of bottom. When the mother sheet speed is more than 0.06 m/s, Pb-Sn liquid alloy will not leak from the slit of the mold. Otherwise, the Ph-Sn liquid alloy can leak from the slit of the mold.     

水平管气液段塞流流动特征模拟

基于OpenFoam开源软件建立VOF方法下的三维流动模型。对内径0.05 m,长16 m的水平管气液两相下不同气液速的分层流、波浪流、气泡流、塞状流、段塞流进行模拟,并与Mandhane流型图进行对比分析,模拟结果与理论、实验相一致,验证了该模型的有效性。重点通过该模型对段塞流的起塞、液塞的成长和演化过程进行研究,得到起塞时界面波的变化特点和不同气液速度差的液塞流动特征,发现了液塞运动时液塞头具有抛出现象及液塞的类波运动。     

Study on the breakup length of circular impinging jet

Circular impinging jet, which is widely used in accelerated control cooling (ACC) equipment to accelerate the cooling of hot rolled plates, is subject to breakup, and may result in undesirable cooling effect. Therefore, the jet breakup should be avoided as possible in industrial production. The objective of this study is to find the relation of the processing parameters of the ACC equip- ment versus the breakup length of jet with weaker turbulence. To obtain quantitative findings, not only relative experimental study but also numerical simulation was carried out. For a weaker turbulent water jet, the breakup length increases with the increase of jet diameter, as well as with the jet velocity; jet diameter has a significant effect on the breakup length for a certain flow rate when com- pared with jet velocity; finally a suggested correlation of the jet breakup length versus jet Weber number is presented in this study.     

铝合金半固态触变充型模拟技术研究

通过计算和理论推导相蛄合的方法建立了耦合丰固态铝舍金表观粘度的触变充型模拟的三维数学模型．确定了边界条件和初始条件，模拟对比分析了半固态充型及液态充型流动特征。模拟结果表明了半固态充型和液态充型具有不同特征．半固态克型过程具有层流流动特征，液态充型流动基本呈现紊流特征，容易导致铸件出现气孔度氧化夹杂等缺陷。     

低压大流量自激脉冲清洗喷嘴内部气液两相流数值模拟

对自激脉冲发生的物理过程进行分析，采用气液双流体理论，考虑圆孔射流的轴对称性，耦合振荡腔内的空化模式，建立二维非定常气液双流体模型的控制方程．采用气液两相流SIMPLE解法，对低压大流量自激脉冲清洗喷嘴内部气液两相流进行数值模拟，追踪振荡腔内空化的演变过程，解释低压大流量自激脉冲射流的发生机理．     

Two-dimensional numerical simulation of hydrodynamic behaviors of drop covered with vapor film

Vapor explosion, characteristic of violent vapor production, is one of the importantphysical phenomena that occur following the severe accident of light water reactor,which is caused by direct contact of water with molten metal whose temperature is sig-nificantly above the boiling temperature of water. It is triggered with increasing the totalinterfacial area between metal and water due to the secondary fragmentation of largedrops, which are generated by the primary fragmentation of molten meta…     

低压大流量自激脉冲清洗喷嘴内部气液两相流数值模拟

对自激脉冲发生的物理过程进行分析，采用气液双流体理论，考虑圆孔射流的轴对称性，耦合振荡腔内的空化模式，建立二维非定常气液双流体模型的控制方程.采用气液两相流SIMPLE解法，对低压大流量自激脉冲清洗喷嘴内部气液两相流进行数值模拟，追踪振荡腔内空化的演变过程，解释低压大流量自激脉冲射流的发生机理.