二相湍流爆轰流场的数值仿真

研究脉冲轰发动机效率优化设计问题,由于湍流对两相爆轰流场有较大影响,要求明确两相爆轰流场的特点.为了进一步明确上述问题,提出建立轴对称两相爆轰低雷诺数湍流模型,应用求解元与守恒元方法(简称CE/SE方法)进行数值仿真.仿真结果表明,湍动能随着爆轰波的传播而前进,且湍动能值在管子的中心部位较大.明确气相轴向速度在爆轰波阵面上比径向速度大的特点.仿真也为爆轰湍流流场效能的认识和提高脉冲发动机效能的设计提供了理论指导.     

级间通道构型对小型双脉冲发动机燃烧室内两相流的影响

为研究级间通道构型对小型双脉冲发动机燃烧室两相流的影响,气相采用SIMPLE算法和k-ε模型,两相流采用PSIC算法和离散相模型,对小型双脉冲固体火箭发动机内流场进行了详细的计算。结果表明,级间孔径的大小对流场影响很大。级间孔与燃烧室的直径比值影响粒子对级间结构和喷管收敛段的撞击及速度。级间开孔角度越大,再附着点的位置变化不大,但一脉冲内主流气体的速度越大。气固两相耦合的情况下,一脉冲燃烧室内的粒子速度也会增大。     

爆轰波在变截面突扩管道中的传播特性研究

为了研究截面突扩结构对脉冲爆轰发动机推进性能的影响,需明确粘性对气液两相爆轰波在突扩管道内传播的影响。采用二维粘性CE/SE方法对爆轰波从小管径进入突然扩张的大管径爆轰管的汽油/空气两相爆轰过程进行数值仿真,研究了爆轰波进入二维突扩管后的传播及压强等一系列参数的变化规律及原因。结果表明:爆轰波进入突扩管道后会在拐点位置产生涡流并伴随熄爆的现象,马赫反射的形成将导致高温高压区的形成,使得球形波阵面被抹平,最终再次形成稳定的爆轰波;对于不同管径的突扩段,管径越大,形成马赫杆时的位置越靠后且压力越大;点火强度的改变对稳定爆轰波形成位置及大小的影响较小。     

Application of Two-dimensional Viscous CE/SE Method in Calculation of Two-phase Detonation

The method of two-dimensional viscous space-time conservation element and solution element (CE/SE) can be used to calculate the gas-liquid two-phase interior flow field in pulse detonation engine (PDE). In this paper, the evolution of the detonation wave and the distribution of its physical parameters were analyzed. The numerical results show that the change of axial velocity of gas is the same as that of detonation pressure. The larger the liquid droplet radius is, the longer the time to get stable detonation wave is. The calculated results coincide with the experimented results better.     

等离子体射流点火对燃烧转爆轰影响的二维数值计算

采用二维粘性CE/SE方法对等离子射流点火的多相爆轰进行了数值计算,分别以N-S方程和Euler方程为控制方程,对比了等离子体射流条件下粘性对爆轰流场的影响。分析了不同射流温度、时间及初始液滴半径对燃烧转爆轰过程的影响。计算结果表明：粘性作用对爆轰波的传播过程影响甚小,对爆轰参数数值大小有一定影响。提高初始射流点火的温度和时间,可以显著地缩短形成稳定爆轰的燃烧转爆轰距离（DDT）;当等离子体射流已经充分点燃可爆混合物,继续增加射流时间对缩短DDT影响较小。当液滴半径小于50 μm时,爆轰波峰值压力随着液滴半径的增加而增加;当液滴半径大于50 μm时,爆轰波峰值压力随着液滴半径的增加而减小。计算结果对脉冲爆轰发动机（PDE）的设计与实验具有一定的指导作用。     

初始空隙率随机变化对弹道性能影响的数值模拟

推导了局部装填床两种特殊装药结构下初始空隙率随位置变化的函数关系式,把初始空隙率随位置变化的过程看作是一个平稳随机过程。结合内弹道过程的一维两相流模型,用Monte-Carlo方法对这一随机现象进行了模拟,从理论上探讨了初始空隙率随机变化对弹道性能影响的统计规律。结果表明,在相同的装填条件下,装药结构对压力波的影响最为明显,对最大膛压和初速的影响则较小。     

二维粘性CE/SE方法在两相流内弹道计算中的应用

根据CE／SE方法思想,构造粘性二维两相流动的CE／SE数值计算的格式。采用此格式对膛内二维粘性两相流动点火过程进行数值计算。计算结果反映实际规律并和试验结果符合,结果表明,对中心点火方式,在点传火过程初期,膛内压力在径向上存在较大的压力梯度,当火药全部着火后,药室内压力逐渐趋于一致。同样也表明CE／SE方法能够完全模拟瞬态二维两相流动的情况。     

U形电枢非稳态电磁场二维数值模拟

建立了电磁导轨炮U形电枢二维非稳态电磁扩散效应计算模型,运用有限差分P—R算法耦合计算电磁场与温度场,得到了导轨及U形电枢内部磁感强度和温度分布;并将计算结果与电枢固定静止的情形做了比较。数值计算结果显示了电枢运动引起明显的电流速度趋肤效应,电流趋向表面流动并在电枢尾部与轨道接触面上趋于集中;同时使电枢尾部欧姆热剧增导致出现高温烧蚀。计算结果为固体电枢在快速滑动中避免发生转捩并抑制烧蚀提供了理论依据。     

冲压加速器亚爆轰推进一维内弹道数值模拟

根据冲压加速器工作特点,本文建立了一维、准定常、化学平衡控制体的数学方程组,并利用高斯消去法进行数值求解,模拟出了冲压加速器的性能曲线,分析了冲压加速过程中物理量的变化规律,可为实验时选择预混气体组分提供指导．     

压力波扰动对内燃机缸内爆震波形成的影响

内燃机小型化成为了一种公认的节能减排技术,但却会诱发"超级爆震".由于其伴随爆震波的形成,极具破坏性,因此亟需揭示其形成过程及影响因素.本研究通过爆震容弹实验发现,在爆震波形成前总会伴随缸内小扰动波的增强.通过数值模拟,对比了存在和不存在小扰动增强下的缸内燃烧过程,发现如果没有小扰动增强,末端混合气不会形成爆震波.因此...