缩放喷管内的气固两相流动和缩放喷管长度的研究

采用一元流动理论和拉格朗日方法,研究了用于气、固两相分离试验装置的缩放喷管内,被气流拖曳的颗粒加速率与颗粒大小和缩放喷管长度的关系.研究表明,在气流参数和缩放喷管长度不变的情况下,被气流拖曳的颗粒越大,颗粒在缩放喷管出口处的速度就越低;在颗粒加速率相同的情况下,颗粒越大,所需的喷管长度就越长.为了更好地实现气、固两相分离,颗粒在缩放喷管出口处的速度应该足够大,因而缩放喷管就应该足够长.     

两种喷管气流反推装置建模与发射性能对比分析

针对单药室喷管气流反推装置减后坐效率低、弹丸速度衰减严重的问题,提出双药室喷管气流反推减后坐技术.建立包含膛内和喷管内部气流参数的大口径武器内弹道及后效期的数学模型.对喷管武器进行试验,验证文中建立的包含喷管气流问题的内弹道及后效期数学模型的正确性.对比分析采用两种减后坐装置武器的弹丸初速、喷管减后坐效率、自动机运动特征量、后坐力等发射性能参数.结果表明:采用双药室喷管气流反推减后坐技术的武器,在保证弹丸初速几乎不变的前提下可以显著提升武器减后坐效能、大幅降低武器后坐力.      

送粉气流对冷喷涂流场及粒子速度影响的数值模拟

通过建立二维数值模型,利用计算流体力学软件进行数值模拟,研究了送粉气流压力和温度对冷喷涂过程中流场及粒子速度的影响.结果表明:喷涂中不可忽略送粉气流对流场及粒子速度的影响;为将粉末注入喷管,送粉气流的出口压力不能小于出口处的主气流压力,但增大送粉气流压力会使得进入喷管渐缩段的送粉冷气体流量增大,从而排挤高温主气流,同时也降低喷管气体流动的滞止焓,导致喷管喉部声速减小,不利于粒子加速;增加主气流温度对粒子加速效果不明显,而增加送粉气流温度可有效提高粒子撞击基板的速度,进而提高粉末粒子的沉积效率.     

跨音速变质量槽式喷管的设计研究

喷管是风洞实现高速均匀稳定气流的核心部件,变质量喷管可通过扩散段管壁的缝隙流出部分气流来实现在不同背压下得到不同的出口马赫数.基于空气动力学原理,采用三维N-S方程以及可实现k-ε湍流模型,对喷管内流场进行了数值模拟.结果表明:收缩段型线、扩散段长度及壁缝尺寸对喷管流场特性具有重要影响,合理的型线和几何尺寸可使喷管出口具有宽阔的马赫数范围、且流场均匀稳定.     

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。     

两束平面超音速流相互作用问题研究

该文研究了在不同气动参数（p,Ma,y等）条件下两束平面稳定超音速流的非粘完全气体在一定角度下相遇的相互作用问题。该问题主要表现在气流流过超音速流线机翼或多喷管气流相互作用等间断现象的激波或稀疏波中。通过定常激波极曲线方法,该文得到了在较大静压的气流中间断判据,出射间断解的类型和判据,以及方程存在解的区域。     

底吹转炉喷管的测量

本文介绍著者对底吹转炉氧枪——等截面喷管的实验研究结果。根据实验和分析,文中提出了计算等截面喷管平均摩擦系数、气流流量及冲击力的公式。在实验和处理实验数据的过程中发现喷管出口气流的马赫数大于1,而不是一般理论上所说的等于1。文中分析了产生这种现象的原因,除按实际现象提出上述计算公式之外,并与一般理论的公式进行了比较。     

超燃雾化喷管内流场的数值模拟

本文对在给定条件下设计的拉瓦尔喷管进行了数值模拟分析和验证,分别采用进口压强为3.9×10∧5Pa、5.78×10∧5Pa、11.9×10∧5Pa和17.6×10∧5Pa的模拟结果与设计值7.8×10∧5Pa的模拟结果进行了比较,并得出设计的拉瓦尔喷管比较合理能够满足实验要求。同时模拟分析了在喷管末端增加一凹槽对喷管尾部气流的影响,研究表明凹槽的存在有利于气流的扰动,从而促进燃料的充分混合和燃烧。     

喷管内高速流动天然气相变特性数值研究

在超声速旋流天然气分离器中,气流经过拉伐尔喷管绝热膨胀形成带液滴的超声速低温混合气流,喷管内的相变是实现天然气分离的关键.根据相变理论、气体动力学理论并考虑了实际气体的影响,建立了描述有相变的喷管中天然气高速流动的数学模型.研究了喷管内有相变的天然气的流动特性;计算了不同入口条件下的相变起始点位置和水蒸汽的凝析率;分析了当喷管入口温度一定时,相变起始点、水蒸汽凝析率与入口压力的关系.计算结果表明,随着入口压力的升高,相变起始点位置逐渐前移,水蒸汽凝析率逐渐增大,建立了一种预测超声速旋流分离器正常工作压力范围的方法.     

高温长时间风洞喷管冷却结构CFD研究

高温长时间工作的风洞喷管需要冷却,这需要在喷管上开冷却通道槽。本文采用冷却效率较好的矩形冷却通道,研究喷管冷却的影响因素。文中建立喷管冷却结构三维模型,详细分析喷管的传热类型同时考虑辐射换热,基于简单准确原则对计算三维模型作一系列简化假设,最后采用CFD技术进行数值模拟。了解冷却通道高宽比对喷管冷却的影响规律,指出考虑和不考虑辐射换热喷管冷却效果的差别,同时明确气流总温对冷却效果的影响程度并提出改善措施。     

基于FLUENT喷粉机械喷管气固两相流模拟

本文用流体力学软件Fluent中的Mixture多相流模型对喷粉机械出口喷管气固两相流进行了数值模拟,对比出口形状为直线型、外凸圆弧型、内凹圆弧型3种喷管结构对出口气流速度及固相颗粒体积分数分布的影响,确定出直线型喷管喷粉效果最佳。     

一种小口径自动炮复合型减后坐技术研究

提出了将高效的膛口制退器、时延式喷管气流反推减后坐装置和新型阻尼可调高吸能缓冲器3者有机结合的复合型减后坐力技术,实现大幅度降低小口径自动炮连发射击时的后坐力.建立了该自动炮复合型减后坐刚柔耦合数学模型.经过仿真分析,计算结果曲线与试验曲线基本相符.试验数据表明,复合型减后坐力技术能够有效使自动炮后坐力显著降低.为今后低后坐身管武器的研究提供了理论依据和应用参考.      

某发动机喷管内流动与换热的瞬态模拟

为准确预测发动机喷管内部的流动及传热特性,以Navier-Stokes方程、重整化群(RNG)k-ε湍流模型为基础,借助计算流体力学软件Fluent对喷管内流场及温度场进行了瞬态数值模拟。计算结果表明:发动机燃烧初期,喷管内燃气呈亚音速状态流动,喷管整体温度还比较低;随着时间的推移,喷管内开始出现激波,燃气的速度突然降低,温度突然上升,由于激波的影响,气流在激波下游形成低速高温区域;随着燃气的膨胀,激波逐渐移出喷管,喷管内燃气呈超音速状态流动,喷管整体温度较高。研究结果可为喷管的设计及优化提供一定的参考。     

收缩扩张喷管中稀疏颗粒加速运动及喉道优化

直升机、运输机在简易场地起降过程中,发动机可吸入的二氧化硅等微小颗粒,对叶片造成冲击磨损,冲击速度可达200m/s以上。冲蚀试验常采用直喷管加速固体颗粒,在入口总压为0.6 MPa时,颗粒速度难以达到200m/s。为更有效地加速颗粒,采用超音速收缩-扩张喷管,通过数值模拟研究了该喷管对稀疏二氧化硅颗粒的加速运动,并利用实验验证了数值模拟的准确性。在此基础上,对喉道尺寸进行优化以提高喷管对颗粒的加速性能。结果表明:收缩-扩张喷管对颗粒的加速主要发生在扩张段,管内激波不会引起颗粒速度的震荡,颗粒的加速度与气流、颗粒之间的相对速度以及气流的密度有关;在入口总压为0.6 MPa的条件下复现5级砂尘环境,喉道半径为0.001 6m的喷管加速效果最佳,可获得的颗粒速度达到218m/s。     

比热变化对激波诱导气动矢量喷管影响的数值研究

采用基于雷诺平均的二维Navier-Stokes方程和RNG κ-ε 湍流模型的有限体积法,考虑比热随温度的变化,对激波诱导气动矢量喷管的流动情况和性能进行了数值仿真研究。结果表明:与平均定比热计算相比,变比热计算的喷管流动情况发生了较大变化,激波位置前移、激波强度减弱、喷管出口气流平均速度增大;进一步分析发现,与平均定比热计算相比,变比热计算的喷管推力系数、推力矢量角、推力矢量效率均有所增大。     

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。     

缩放式喷管燃烧器及其数值模拟

介绍了一种具有自回流能力的缩放式喷管燃烧器的基本结构及工作原理.运用k-ε模型,对喷管燃烧器喉部直径、喉部开孔率及外罩壳长度等结构参数对燃烧器回流特性的影响进行了数值模拟.数值模拟结果表明,当喷管燃烧器入口气流速度在30~55 m/s时,介质回流率近似一常数,喷管喉部开孔率及外罩壳长度存在一个使回流能力达最大的最佳值.     

电气体发电中有热添加的喷管流动及热力循环分析

为了提高电气体发电循环的热效率,在有回热的布雷顿循环基础上,对喷管中膨胀的气体进行加热,使循环过程尽量接近Ericsson循环。用CFD数值模拟的方法研究了有热添加的喷管流动,并分析了喷管加热对循环热效率的影响,提出了一种可以提高电气体发电循环热效率的方法。计算和分析结果表明:定热流加热条件下,延长喷管渐缩段和增大入口高度能有效提高喷管流体速度和温度;受边界层的限制,壁面加热方式对主流区域影响不大,而内热源加热方式在主流区域效果明显;将壁面和内热源加热方式结合能够有效地将热量添加到喷管气流中,并能提高循环热效率。     

湿蒸汽中超临界加热引起的非定常凝结流动一维数值分析

缩放喷管湿蒸汽两相凝结流中,凝结潜热对超音速气流加热使流动变为音速的加热量称为临界加热量.远大于临界加热量的凝结潜热对气流加热将导致喷管中产生不稳定的气动激波.文中采用时间推进方法,对喷管中超临界加热引起的非定常凝结流动现象进行了一维数值分析,并对计算的凝结流动波动周期和压力振幅与实验值作了比较.研究发现进口过冷度对非定常凝结流动特性有主要影响,而且在一定进口过冷度下,不稳定凝结流动的频率和压力振幅都存在极值;同时进口压力对不稳定凝结流动特性也有一定影响.     

基于热化学轴对称烧蚀的仿真

基于烧蚀理论与计算机语言设计了固体火箭喷管烧蚀软件的主程序及系统框架.火箭喷管烧蚀是在高温高压冲刷氧化气流作用下发生的,利用极端环境下的热化学烧蚀模型,通过Fortran编程对喷管内热流场及烧蚀进行数值计算,并结合Matlab与VC++自身的特点,采用混合编程技术实现火箭烧蚀软件的前后处理.由算例可知,该软件能够对喷管烧蚀进行仿真,并能够脱离编译环境在Windows平台上使用,使初始参数输入界面化,数值解图形化.