喷管内流体流动状况的理论分析和数值模拟

对喷管内流体的流动状况做了详细的理论分析,主要对喷管中管道截面积和几个状态参数之间关系进行分析,如管道截变化对流体流速、马赫数、压力、温度等参数的影响,得到喷管截面的变化规律不仅仅取决于流速的变化情况,而且还与其他状态参数有关,尤其是马赫数.最后通过模拟缩放喷管与理论进行对比分析,表明模拟是正确的,且管道内气体流场特性的数值模拟在实际工程中是可行的.     

TVD格式在三维非对称流数值模拟中的应用

数值格式为有限体积的隐式ＴＶＤ格式，具有高分辨率、快速稳定收敛、适用于复杂型面流场的特点。该文对典型的锥形喷管和抛物线扩张段喷管内的三维流场进行了数值模拟，得出喷管内物理参数的分布和倾斜入流对喷管侧向力及其力矩影响的变化曲线，计算结果和实验数据吻合良好。该方法可以推广到任意曲面型面喷管内流场的数值计算。为进一步进行曲面型微推偏喷管的设计奠定基础。     

用高精度迎风格式模拟潜入式喷管流场

为了研究固体火箭发动机潜入式喷管内部工质的流动特性 ,首先采用改进的 L U-SGS方法和高精度、高分辨率的 MUSCL TVD格式数值模拟了 JPL美国喷气推进实验室喷管 ,数值模拟结果和实验结果吻合得很好。证明了这种方法可以准确地捕捉到流场中可能出现的各种复杂流动。用同样的数值计算方法模拟了固体火箭发动机潜入式喷管 3个时刻的准三维流场 ,对复杂的计算区域做了分区处理 ,为复杂的边界条件做了简化处理模型。分析了燃烧室潜入段处涡的形成和发展过程以及入口湍流度对喷管的气动参数的影响 ,为设计高性能的固体火箭发动机提供了有益的帮助     

射流角度对流体控制矢量喷管的影响

采用基于雷诺平均的三维N-S方程和RNGk-ε湍流模型对某型喷管射流注入时的全流场进行了数值模拟,计算结果和试验数据符合良好。为研究射流注入角度对喷管流场的影响,数值模拟了9组射流角下的喷管流场,计算结果表明:射流垂直壁面注入时产生的推力矢量角最大,逆流注入气流对喷管流场的改变要明显大于顺流注入气流的影响,但产生的损失也较大。     

单缝流体推力矢量喷管的气动特性

流体矢量喷管重量轻,便于维修,应用前景可观。但二次流的存在造成了流场振荡,因此研究矢量喷管的流动特性具有重要的理论和工程意义。运用数值模拟方法,通过在二元收扩(2DCD)喷管的扩张段引入二次流,研究激波控制的流体推力矢量喷管的气动特性。利用分离涡模拟(DES)湍流模型进行矢量喷管非定常流场的数值计算,先后得到了流场的流线、涡量系数、密度梯度和熵的分布。结果表明:随着流动的发展,激波不断发生振荡,上、下壁面唇口处生成的涡沿着剪切层外侧不断向下游脱落;尾流内上剪切层的摆动角度和熵增皆大于下剪切层。     

火箭推力偏心特性研究

该文应用巴特勒提出的五面体双特征曲线网格方法对火箭喷管扩张段内的非定常非对称流场进行了数值模拟,获得了锥形喷管侧向推力随时间的变化曲线。分析表明,该文计算的侧向推力结果与定常状态下的数据是吻合的。证明五面体双特征曲线网格方法可用来研究非定常流动条件下的推力偏心特性。     

高速超高压水射流喷管内外湍流流场的数值模拟

基于对现有研究成果的分析，选用了应用最广泛的涡动粘性系数法中的－κ－ε模型对高速超高压射流辅助钻井钻头井底湍流流场进行了数值模拟，研究了高速超高压射流的结构特性和喷管内外流场的分布规律。模拟精度基本达到了工程技术要求。对高速超高压射流喷管内外湍流流场的全场数值模拟表明，高速超高压射流井底流场是由射流冲击区，漫流区，涡流区和返游戏我组成的，对于有较大锥形角的斜面或曲面内流道喷嘴，一般可不必考虑流体的     

反向蒙特卡罗法模拟波瓣喷管的红外辐射特性

为了考察波瓣喷管/混合器系统及其燃气的红外辐射特性,建立了反向蒙特卡罗法,推导了辐强度等计算公式;在已有三维流场的基础上,数值模拟了波瓣喷管尾喷焰及相关结构的红外特性.燃气的辐射特性由HITRAN数据库获得.与标准蒙特卡罗法结果比较表明,模型和计算程序可信.研究方法和结果可为波瓣喷管的红外抑制提供分析工具和参考.     

顶吹搅拌液相流体的水模实验与数值模拟分析

采用水模型和VOF数学模型对浸没式气体顶吹搅拌液相流体分别进行实验与数值模拟,分析在不同喷吹条件下气泡在液相中的形变、运动及液相流体的流场特性。结果表明,随着气流量和喷管浸入液面深度的增加,气-液混合区域分布范围逐渐扩大,液面波动更剧烈;气流量越大、喷管浸入液面越深、液相温度越高,气泡运动对液相流体内部的搅拌作用越强,流体内部扰动越剧烈,液相流场域中的流场速度越大,其中,当气流量为2.0m3/h、喷管浸入液面深度为340mm时,其液相流场速度最大值达到1.18m/s。     

高速超高压水射流喷管内外湍流流场的数值模拟

基于对现有研究成果的分析，选用了应用最广泛的涡动粘性系数法中的ｋε模型对高速超高压射流辅助钻井钻头井底湍流流场进行了数值模拟，研究了高速超高压射流的结构特性和喷管内外流场的分布规律．模拟精度基本达到了工程技术要求．对高速超高压射流喷管内外（井底）湍流流场的全场数值模拟表明，高速超高压射流井底流场是由射流冲击区、漫流区、涡流区和返流区组成的，对于有较大锥形角的斜面或曲面内流道喷嘴，一般可不必考虑流体的压缩性影响（约为５％）．     

燃气轮机双燃料喷嘴燃油内流场特性仿真分析

作为燃气轮机中的重要部件,喷嘴内部结构直接决定了燃油燃烧和动力输出效率,设计喷嘴结构并开展喷嘴中内流场特性仿真分析成为新型燃气轮机开发的研究重点。使用Solidworks软件对双燃料喷嘴结构进行设计,并对其燃油流道进行数值模拟。利用Fluent软件先对喷嘴燃油的整体内流场进行数值k-epsilon模拟,再使用流体容积法（VOF）方法对喷嘴燃油的核心流道进行数值模拟,研究喷嘴燃油流道的特性。结果显示燃油流道的质量流量、进口流速和核心流道进口流速随着进口压力的增大而增大;雾化锥角会随着进口压力的增加而增大,且当进口压力超过0.5 MPa时,雾化锥角最终会稳定在110°左右;同时结合相关实验数据与仿真数据进行对比。本文的仿真研究为燃气轮机喷嘴的结构改进提供了依据。     

四支管钢板控冷结构喷嘴管出口流量均匀性

利用有限元耦合场数值模拟计算方法,对钢板控冷设备中四支管结构管路的流场进行了三维稳态数值模拟,分析了喷嘴管直径、喷嘴管高度、支管直径以及入口管进水流速等参数对各喷嘴管出口流量均匀性的影响. 模拟结果表明:喷嘴管直径、支管直径、入口管进水流速对各喷嘴管出口流量均匀性影响较大,而喷嘴管高度对各喷嘴管出口流量均匀性影响较小.     

双流体共引喷射器数值优化研究

双流体共引喷射器是船用海水淡化设备的关键部件,其结构参数和工作参数将对性能产生较大影响,利用数值模拟方法优化双流体共引喷射器的结构参数和工作参数,分析结果显示:随着出口直径的增大,引射效果增强;喷嘴处的最低压力随着喷嘴距的减小而降低,将增强一、二级喷嘴处的引射效果。两级喷嘴面积比要大于一定值才能获得较好的引射效果,同时不同面积比,导致两级喷嘴处的压力差也不同。喷嘴直径和喷嘴倾斜角不变的情况下,工作入口直径越大,引射效果越差;喷嘴倾斜角需要在一定范围内才能满足设计要求,改变喷嘴倾斜角对一级喷嘴处的影响会比二级喷嘴处的影响大。     

车用轴向可调喷嘴增压器喷嘴环流场分析

对车用轴向可调喷嘴增压器喷嘴环内流特性进行研究,建立涡轮仿真模型.运用NUMECA软件对该模型进行变工况数值模拟,结合变工况下涡轮测试数据进行对比,证明仿真模型的有效性.针对已验证有效性的仿真模型对喷嘴环压力场、速度场分布进行分析,了解喷嘴环内部流动情况.结果表明:在增压器处于高、低速工况时喷嘴环的前缘处出现气流滞止,形成局部低压区;增压器处于低速工况时,喷嘴环尾缘附近出现小范围尾迹区;增压器处于高速工况时,喷嘴环斜切区尾缘处出现大范围尾迹区.分析结果可为该型增压器喷嘴环叶片叶型提供优化和设计建议.     

水工质微波等离子推力器喷管流场及推力性能研究

采用Delaunay方法生成三角形单元的非结构网格离散计算区域,利用格心有限体积法对水工质微波等离子推力器喷管流场和推力性能进行了数值模拟.揭示了水工质微波等离子推力器喷管的流动规律.研究结果表明:在喷管入口压强为0.35 MPa时,增加工质气体的总温,可以提高推力器的比冲,同时推力的变化很小.在收敛角和扩张角不变的情况下减小喷管喉径,能够略微提高推力器的比冲.而推力器腔体内压强变化很大.保持喷管喉径和出口直径不变,在喷管扩张半角从10°增大到40°的过程中,推力器的比冲和推力先增大后减小;扩张半角为17°时,推力器性能最佳.     

射流管伺服阀前置级建模及参数匹配研究

为研究射流管伺服阀前置级结构参数对前置级性能的影响,建立了伺服阀前置级数值模型,并利用PIV技术对前置级流场测量,验证了数值模拟模型的正确性.运用数值手段,分析了前置级主要参数喷嘴孔直径、接收孔直径及喷嘴至接收器距离对恢复压差及其稳定性的影响,获得了三种不同伺服阀流量下前置级最佳结构参数匹配范围.结果表明:喷嘴孔直径为0.22～0.28 mm时,接收孔直径与喷嘴孔直径之比的最佳取值区间为1.1～1.2,喷嘴至接收器距离与喷嘴孔直径之比的最佳取值区间为0.6～0.8.前置级结构参数对接收孔压差稳定性具有直接影响,参数不匹配导致接收器劈尖对不稳定射流边界层的剪切是造成接收孔压差振荡的重要原因.      

柴油机高压喷油嘴喷射过程空化效应数值模拟

为揭示柴油机高压喷油嘴喷射过程空化机理,根据质量守恒、动量守恒、混合组分平衡的基本规律建立了高压喷油嘴喷射过程空化效应数学模型,并对高压喷油嘴喷射过程空化效应进行了数值模拟分析,得出了曲率半径、压力波动幅度及柴油的部分物理参数对高压喷油嘴喷射过程空化效应的影响规律:随着喷油嘴入口处的曲率半径增大,喷孔内气相体积分数越来越小,空穴层的厚度也越来越薄,高压喷油嘴雾化性能变差;随着压力波动幅度的减少,喷油嘴出口质量流量变化越来越小,有利于喷油嘴喷油量的精确控制;燃油温度、喷油压力的提高使得喷油嘴内部空化现象得到加强,但是压力的增大更有利于空穴增强,从而有利于燃油雾化.     

脉冲防暴水炮出口段射流的大涡模拟

为优化装备设计,减少实验投入,采用大涡模拟方法耦合二维非稳态VOF模型对脉冲防暴水炮发射管内及出口段的气液两相射流进行了数值模拟研究.通过搭建实验台对脉冲防暴水炮出口段射流进行了高速摄影实验,并利用高速图像记录系统自带的判读软件对射流出口段的速度值进行了判读,实验所得的射流形状及速度与仿真结果吻合较好.利用仿真方案进行变运动参数的数值模拟,结果表明:初始压力对出口速度影响较大,而初始射角对出口速度大小没有影响,因改变了初始射流方向,导致最大射程有所变化.研究表明较大的初始压力和较小的水量能获得更大的射流出口速度和更少的水炮发射时间.     

基于Fluent的无缝钢管控制冷却喷嘴布置参数

为获得轴向均匀的温度场,利用Fluent有限元仿真软件,对无缝钢管控冷设备中喷嘴布置情况进行了三维建模及数值模拟,研究了喷嘴直径、喷嘴个数、喷嘴排数、喷嘴入口速度和入口方向等参数对钢管外壁冷却均匀性的影响.结果表明,喷嘴直径和布置情况、以及喷嘴入口方向对钢管外表面冷却均匀性影响较大;喷嘴入口速度仅影响冷却速率,对钢管外表面冷却均匀性影响不大.     

焦油裂解低压引射式燃烧器的结构优化研究

对焦油裂解低压引射式燃烧器进行了研究,利用FLUENT进行数值模拟,研究喷嘴直径d、燃气流量v、喷嘴距壁面距离L这三个参数对焦油裂解的影响.通过采用正交试验比较不同参数下的焦油裂解面积,得到最优参数组合并采用实验验证数值模拟结果.数值模拟与实验结果表明:喷嘴直径d对焦油裂解的影响最大,喷嘴到壁面距离和燃气流量为次要影响;且当喷嘴直径d=4 mm,喷嘴距壁面距离L=18 mm,燃气流量v=0.10 m3/h时,焦油裂解效果最好.