高背压下平口喷嘴射流锥角影响因素分析

高背压下条件下的射流在火电的减温水喷射、燃气轮机、加压煤气化、潜艇等领域具有广泛的应用。由于高背压射流参数计算方法缺失,本文利用搭建的高背压实验系统,选取8种不同结构参数的喷嘴进行实验,研究背压、喷射压差、喷嘴长径比等参数对射流锥角的影响。分析实验结果,发现背压对射流锥角影响较大,在高背压时,背压越高,射流锥角越大;在低背压时,射流锥角受喷嘴内部流动状态影响较大,低背压时,喷嘴内部易产生空穴流动,空穴的产生促进射流锥角的增大,其影响不可忽略。     

轴向预制破片战斗部的设计研究

为了研究壳体厚度、炸药爆速、起爆点距离3种因素对轴向预制破片战斗部平均飞散角的综合影响,利用LS-DYNA动力有限元程序,采用Lagrange算法对轴向预制破片战斗部的加速过程进行了数值模拟.以破片平均飞散角为指标,应用正交优化方法针对3种因素对破片平均飞散角影响规律和主次关系进行了分析.结果表明,壳体厚度是主要影响因素,炸药爆速次之,起爆点距离影响最小;并得到了影响破片平均飞散角的3种因素各水平的最优组合,优化之后对应的破片平均飞散角为4.520°.     

轴向驱动反应破片的作用过程?

为提高舰炮末端硬拦截反舰导弹的能力,提高对目标的毁伤效能,设计了一种轴向驱动反应破片战斗部。应用非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA对破片战斗部进行了数值模拟分析,数值模拟结果表明:采用PTFE(聚四氟乙烯)作为内衬可以有效提高破片的完整性和抛撒速度。通过试验对设计的战斗部进行了毁伤效能验证,试验结果表明:反应破片在侵彻靶板后,具有爆燃等二次毁伤效应,造成的损伤效果优于传统型利用动能打击目标的惰性破片,可使舰船硬拦截反导效能显著提高。     

一种球锥结合药型罩石油射孔弹研究

设计了一种球锥结合药型罩石油射孔弹,在半球形主药型罩基础上增加了锥形前驱罩结构,利用ALE方法,模拟了药型罩材料为铜,锥角角度分别为30°、35°、40°、45°和50°时对其射流的速度和形状、射流头部速度和杵体质量的影响,并与半球形药型罩模拟结果进行对比.结果表明前驱罩锥角40°比锥角30°射流速度降低了26％,直径提高了8.1％,锥角40°比锥角50°射流速度提高了4.1％,直径降低了3.4％.前驱罩锥角为40°和50°的球锥形药型罩的射流头部速度比半球形药型罩分别提高了25％和20％,直径分别提高了2.6％和6.1％.试验结果与模拟结果大致相符,为大孔径、深穿孔石油射孔弹的设计开发提供了一定的参考.     

柱-锥结合线型药型罩射流特性的数值模拟

为了提升线型聚能装药的切割能力,在锥形线型药型罩的基础上设计了一种新型柱-锥结合线型药型罩,并采用数值模拟软件ANSYS/ls-dyna对柱-锥结合线型药型罩、圆弧顶线型药型罩、锥形线型药型罩射流的形成及切割45号钢板的过程进行了数值模拟,通过对比3种结构药型罩形成射流的头尾部速度、拉伸断裂时间、对45号钢板的切割能力来确定设计方案的可行性。研究表明:柱-锥结合线型药型罩形成射流的头部速度最高,相对锥形线型药型罩提高了约12.6%,相对圆弧顶线型药型罩提高了约5.4%;而且柱-锥结合线型药型罩形成的射流拉伸性能较好,能量更高,对45号钢板的切割能力最强,相对圆弧顶线型药型罩提升了约26.7%,相对锥形线型药型罩提升了约58.8%。     

辅助药型罩尺寸大小对半球形药型罩射流成型影响的数值模拟

为研究辅助药型罩尺寸对半球形药型罩射流成型的影响，采用数值模拟的方法对加装辅助药型罩结构的半球形药型罩射流形成性能进行了研究。结果表明：加装辅助药型罩后半球形药型罩所形成的射流质量相较于单一半球形药型罩具有明显提高，辅助药型罩直径d=0.6D,厚度h=0.1D时所形成的射流综合性能与其他方案相比较好，采用该方案与单一半球形药型罩进行半无限钢靶的侵彻对比，侵彻深度提高了76.8%。     

雷管爆炸产物与破片飞散过程研究

运用高速摄像技术探究钢壳平底、凹底雷管爆炸产物与破片的飞散规律,同时对不同管壳材质的凹底雷管反转弹丸的速度变化规律进行探究。研究表明:钢壳凹底雷管爆炸产物径向运动速度大于平底雷管;钢壳凹底雷管爆炸后,其聚能穴翻转变形产生反转弹丸,反转弹丸的头部速度在尾部拉应力的作用下逐渐下降;雷管爆炸95μs后,反转弹丸头部和尾部断裂,拉应力作用消失,头部速度骤然升高达到最大值;在距离雷管底部270mm内,钢壳凹底雷管反转弹丸的头部速度为1 440m/s,铜壳为3 204m/s,铝壳为6 350m/s。     

药型罩结构对环形爆炸成型弹丸形成的影响

针对截面呈弧锥结合状的变壁厚环形药型罩结构,应用非线性有限元软件完成了爆炸载荷下弧锥结合罩形成环形爆炸成型弹丸（EFP）过程的数值模拟。与等壁厚、环锥形、环球形三种情况进行了对比,分析了曲率半径和锥角两种因素对环形EFP成型的影响。结果表明：合理调节药型罩壁厚能有效降低内外罩径向速度差,获得竖直向下的环形EFP;环弧锥结合形EFP比环锥形EFP成型好、速度高、材料利用率高,比环球形EFP密实度好、侵彻能力强;曲率半径和锥角在选择上可进行优化,为进一步研究提供了参考。     

高背压对气泡雾化雾化锥角的影响

在背压0.4MPa~4.1MPa的条件下进行气泡雾化试验,研究了气泡雾化的雾化角在喷射速度20m/s~27m/s、气液质量比(GLR)4%~10%、背压0.4MPa~4.1MPa范围内的变化规律。试验结果显示:喷射速度和GLR的增大都能使得雾化角增大,背压不同时也一样。在背压较低时,随着背压的增大雾化角变小,而当背压增加到一定程度以后出现拐点,随着背压的增大雾化角也增大,拐点大概是在1.1MPa左右。     

锥角参数对单向聚能药柱爆破破岩效果的影响

为研究聚能穴锥角参数对爆炸应力和岩石损伤破裂范围的影响,以获得最优的聚能穴参数,从而达到最佳的破岩效果,利用有限元模拟软件LS DYNA建立了6种锥角参数下的单向聚能药柱模型。锥角的深度为15 mm,6种锥角高度分别为10、12、14、16、18 mm和20 mm。研究了岩石裂纹扩展的影响规律,测得聚能方向与非聚能方向上不同位置的有效应力,得到不同锥角参数对应的岩石单元的最大破坏距离。结果表明:聚能锥角会对爆破产生定向作用,特别是对岩石破碎和拉伸裂纹所带来的破岩效果影响明显;当锥角高度为10 mm时,距炮孔25 cm测点处聚能方向上的有效应力比非聚能方向同样距离处高110.8 MPa,同时,聚能方向上单元损伤比要比非聚能方向高21%,聚能效果最佳;随着锥角高度逐渐增大,聚能方向上岩石裂纹逐渐减少,裂纹分叉减少,单元破坏最大距离可达108.1 cm,并且呈下降趋势。     

倾斜角度对封闭方腔内液体自然对流的影响

在多种倾斜角度下,对封闭腔内液体进行了数值模拟。重点分析了Ra数变化和倾斜角度对对流传热的影响。研究表明：随着Ra数的增大,换热由热传导为主转化为对流换热为主;倾斜角度对Nu数的变化影响很大,并且当倾斜角度处于90o～135o时,Nu数可以达到最大值。     

带偏角环形聚能装药射流汇聚性能研究

利用LS-DYNA软件对带偏角环形聚能装药射流的二次汇聚进行了数值模拟,研究了汇聚射流的质量和环形药型罩的锥角对射流汇聚性能的影响,并进行了试验验证。结果表明:带偏角环形聚能装药可提高药型罩材料转化为射流的转化率,增大射流的连续拉伸长度和头部速度,增强射流的稳定性;二次汇聚射流头部速度随着药型罩锥角的增大而减小,头部直径随着锥角的增大而增大;对于偏角为15°的药型罩,当锥角为40°时产生的汇聚射流头部空腔较小,破甲能力较好。研究结果可为环形聚能装药的工程设计提供参考。     

半正方形罩线型切割器的数值模拟研究

半正方形药型罩也可以看作两个楔角90°楔形药型罩相对排列在一起而演化出的一种线型聚能装药结构。应用LS-DYNA非线性有限元软件完成了爆炸载荷下半正方形罩线性切割器形成射流过程的数值模拟。结果表明,半正方形罩线性切割器能形成一股片状扇形聚能射流;半正方形罩线型切割器形成射流存在一个初始射流二次汇聚的过程,二次汇聚形成的射流速度比一次汇聚射流速度提高了33%以上;半正方形罩线型切割器形成射流速度要明显高于普通线型切割器;随药型罩厚度的增加,半正方形罩线型切割器形成射流速度降低。     

线性聚能装药结构的数值仿真优化

以药型罩开口50 mm为例,利用LS—DYNA对线性聚能装药侵彻钢板的性能进行了数值模拟,通过对装药结构多次正交优化,得到的最终设计方案为三锥形外锥的药型罩,并得到了对应的装药结构,使数值仿真的侵彻过程中射流没有拉断现象,侵彻效果超过了药型罩母线长度的2倍以上(药型罩开口的1.5倍以上)。     

静电分散中粉体荷电规律的数值模拟

基于建立适合Fluent软件求解的颗粒荷电数学模型,利用离散相模型对荷电器中碳酸钙粉体颗粒的荷电规律进行模拟,分析颗粒粒径、荷电电压2个因素对颗粒荷质比的影响,并对模拟结果进行实验验证。结果表明,实验结果与仿真结果较为接近。     

不同材料双层球缺罩侵彻特性的研究

采用数值模拟及钢靶侵彻试验两种方法研究了单层钛合金球缺罩、钛合金/铜、铝合金/铜双层球缺罩形成的3种杆式射流对45#钢锭靶板侵彻深度和开孔的问题。研究结果表明:不同材料的双层球缺罩形成的杆式射流对45#钢锭靶板的开孔孔径和侵彻深度大小均有直接影响,且钛合金/铜双层罩杆式射流破甲深度相对于铝合金/铜双层罩有一定提高,其开孔孔径明显增大。而单层钛合金药型罩杆式射流整体速度最大,开孔孔径较钛合金/铜、铝合金/铜双层罩杆式射流有明显提高,但破甲能力较低。研究结果对于武器战斗部设计具有一定的指导作用。     

钼粉烧结锥形件高压扭转成形模拟研究

采用刚粘塑性有限元法,对钼粉烧结锥形件热压扭转成形进行分析研究,获得了变形过程中等效应变、相对密度的分布规律,初步分析了摩擦因子及扭转角速度对变形的影响。结果表明:锥形件口部先达到理论相对密度,其内壁等效应变和相对密度分布高于外壁,而摩擦因子和扭转角速度的适当选取是锥形件高压扭转成形的关键。