二维方腔热对流羽流流动特性及平均场传热特性研究

本文进行了二维Rayleigh-Bénard热对流数值研究.在非等距网格上用二阶中心差分格式,并采用跳线迭代的半隐式格式求解压力泊松方程.在Pr=4.3情况下,计算了8个Ra数(2×105≤Ra≤2×109)的热对流场.计算结果表明:在热对流发生的初始阶段,蘑菇状羽流先在方腔内的边角位置产生,然后在方腔顶底边中部产生;不同的Ra数初始羽流数不同,Ra数越大,初始的蘑菇状羽流数越多.在热对流充分发展的流动阶段,当Ra数较小时(2×105≤Ra≤2× 106),流动不稳定,较大尺度的羽流来回穿梭致使方腔中心涡流动不停翻转;当Ra数变大时(2×107≤Ra≤2×109),羽流流动形成稳定角涡,方腔中部形成了稳定的大尺度中心涡.并计算了各个Ra数迭代100万次的平均场温度边界层厚度和Nu数,得出了温度边界层厚度d与Ra数和Nu数与Ra数只有对数律关系的结论.     

超低轨道稀薄气体与离子推进器羽流的相互作用研究

为研究超低地球轨道（ultra-low earth orbit,ULEO）环境气体对离子推进器返流的影响,将粒子网格（particle-in-cell,PIC）法与DSMC(direct simulation Monte Carlo)法相结合,采用可变硬球(variable hard sphere,VHS)模型,建立了稀薄气体与羽流相互作用的粒子模拟模型,对不同工况下氮气、原子氧与羽流的相互作用进行了仿真分析。结果表明,推进器羽流返流通量的变化与环境气体的来流方向相关,在相同条件下,超低地球轨道原子氧环境中的返流密度约为氮气环境中的85%。     

基于决策树的羽流追踪机器人自主决策方法研究

针对无法获得可靠羽流流向信息不利于实现羽流追踪的问题，提出了一种基于决策树的羽流追踪移动机器人自主决策方法。该方法通过移动机器人两侧的浓度传感器采集到的浓度信息，利用追踪的行为规则建立决策树模型，获得行为决策信息，使机器人高效地追踪到羽流并精确地定位。由于浓度变化关系蕴含了羽流的流向及流速信息，从而取代了传统方法中流向及流速传感器。在扩散环境下，通过移动机器人羽流追踪实验，实现了良好的源定位效果。     

大型液氮液氦热沉一体化设计

介绍了大型液氮液氦一体化热沉主要性能指标、设备结构和特点。针对热沉使用温度能够保持在低于10 K的使用要求,对热沉总体布置、管板结构形式、壁板结构形式、翅片管间距进行了详细设计,并对热沉材料选择和焊接进行了论述。该热沉能够进行航天发动机羽流效应试验,同时能够兼顾航天器热真空和热平衡试验。     

平巷烟流滚退火烟羽流模型及其特征参数研究

为研究矿井火灾时期发生烟流滚退时火源区域烟流流动规律,分析了矿井水平巷道火烟浮羽流及顶板射流的成因和特点,并运用环境流体力学及传热学的相关理论,分析了水平巷道火灾烟流滚退规律,结合积分法建立了火烟浮羽流和顶板射流的数学物理模型。通过对滚退烟流与巷壁之间的热交换过程的分析,推导出滚退发生时烟流逆行距离的函数表达式,联合火烟浮羽流和顶板射流数学物理模型,得出求解烟流滚退逆行距离的数学方程式。     

液化天然气排放形成的羽流过程数值研究

大量LNG溢出蒸发后将形成低温云团,对风向下游地面人员可能造成冻伤、燃烧以及缺氧窒息等危险。基于计算流体力学方法,构建了深低温两相多组分流动的Navier-Stokes方程以及湍流封闭方程,考虑了空气中水蒸气由于温度降低到饱和温度以下而相变传质过程。由于气相中氧气等非液化气体的存在,修正了计算水蒸气相变率的Hertz-Knudsen方程。详细给出了计算过程边界条件设置,评估了地球自转引起的科里奥利力影响特性。数值模拟了美国LLNL完成的Burro系列LNG排放羽流实验,发现考虑水蒸气相变的计算结果,相比于未考虑水蒸气相变的计算,更接近实验结果。研究结果对LNG接收终端等安全环境评估及设计有指导意义。     

宽高比对矩形尾喷管羽流温度场的影响研究

为了掌握矩形尾喷管的宽高比对其羽流温度场的影响,建立了矩形尾喷管的物理数学模型,并基于N-S方程和RNG湍流模型,采用Fluent-CFD软件对宽高比分别为1,2,4和8的四种矩形尾喷管三维外流场进行了数值模拟,研究了矩形尾喷管羽流横截面等温线的特点和宽高比对羽流高温核心区长度的影响.研究结果表明,宽高比越大,羽流与周围冷空气的摩擦与掺混越强,热量扩散越快,高温核心区越短.因此,在降低高温羽流红外辐射上,大宽高比矩形喷管更有优势.     

高大空间池火羽流中心线轴向温度试验研究

开展高大空间640kW及1 080kW的小功率油池火灾试验,试验测量火源上方4.0～7.5m处羽流中心线的轴向温度。采用经典McCaffrey模型、Zukoski模型以及Heskes-tad模型预测羽流中心线轴向温度,并将理论预测值与试验值进行对比。对比结果表明:三种羽流模型预测的羽流中心线轴向温度与真实火场温度基本相吻合。McCaffrey模型预测的羽流中心线轴向温度最高,Heskestad模型次之,Zukoski模型预测温度最低。Heskestad羽流模型较适合于高大空间的小功率油池火灾火场温度的精确预测。火源功率较大时,Zukoshi模型预测结果可能较真实火场温度小。     

大空间建筑轴对称烟气羽流上升时间分析

通过对热分层环境下烟羽流最大上升高度公式的修正及轴心温度计算公式的推导,应用伯努利方程建立了稳定线性热分层环境下轴对称烟气羽流上升时间的分段数学模型.并采用计算流体力学软件FDS模拟了环境温度梯度1 K/m,火源释热率为100～1 000 kW时烟羽流在大空间建筑中的上升特性,最后结合14个工况的模拟结果对模型中的弗劳德数进行了预测.从而可为大空间建筑火灾探测及人员疏散研究提供相关参考.     

CC/DV系统中冷却顶板位置对室内环境的影响

采用计算流体力学(CFD)方法,模拟了在冷却顶板+置换通风联合空调系统(CC/DV)模型中,冷板在顶棚的位置不同导致室内的空气温度、速度分布变化情况。通过对模拟结果进行讨论,结果表明:冷板位于人体热源的上方顶棚能增强人体的热羽流强度,产生强度很大的热羽流遇到顶棚向下返回的过程中,可能会破坏房间下部置换通风良好的气流场。因此如果室内存在过强热源时,应避免将冷板设置在其上方。