三维S形进气道沿程结冰参数分析方法

提出了一种三维进气道沿程结冰参数分析方法。采用欧拉-拉格朗日法计算气液两相流场,得到进气道结冰表面的水滴撞击特性以及水滴运动轨迹。利用用户自定义函数(UDF)对FLUENT进行二次开发,编写了三维进气道结冰参数数值模拟程序。通过对三维S形进气道的数值计算,得到了唇口及沿程管道的水收集率以及水滴分布情况,分析了水滴的质量浓度分布在进气道沿程中的变化情况,发现管道曲率的变化、横截面半径的变化、水滴的撞击是影响水滴浓度在管道中变化的主要因素。三维进气道沿程结冰参数分析方法可以改善目前把大气结冰参数直接用于发动机进口部件结冰数值计算的误差。     

民用飞机结冰探测器安装位置研究

本文从结冰探测器安装位置的重要性出发,阐述了结冰探测器安装位置要求和相应的分析方法。采用欧拉方法对某型飞机的结冰探测器安装位置进行了校核,通过三维流场和水滴撞击特性分析,得到机头部位的LWC分布,定义了水滴遮蔽区,对比了探头高度与水滴遮蔽高度,结果表明各飞行状态下过冷水滴能够撞击到结冰探测器探头上;对比了飞机在正负极限攻角下的结冰探测器和大气数据传感器流线,表明结冰探测器与大气传感器不会发生气动干扰。     

直升机旋翼结冰后三维桨叶气动特性数值分析

针对直升机旋翼桨叶结冰问题,研究了结冰前后三维旋翼桨叶气动特性.基于多参考系模型建立了旋翼桨叶三维结冰数值模拟方法,对其中空气流场计算、水滴撞击特性计算、结冰生成计算和几何模型重构等步骤进行了介绍.以C-T旋翼为模型,计算分析了结冰对旋翼桨叶气动特性的影响.计算结果表明,结冰后旋翼桨叶升力降低、阻力增加,悬停性能下降明显.结冰破坏了桨叶各个截面原有的气动外形,导致涡的产生,使得截面气动特性恶化.     

航空发动机吸雨试验中进气道内水滴粒径变化

摘 要: 为了研究航空发动机吞水试验中,进气道内水滴粒径的变化,通过DPM模型数值仿真的方法,研究了吸雨模拟试验中发动机不同状态下进气道内水滴粒径的变化。计算结果展示了水滴进入进气道后粒径变化和液滴分布,结果表明：发动机不同状态下,不同初始粒径的水滴进入进气道后,液滴的平均体积直径和索太尔平均直径均急剧减小并维持在恒定值;发动机最大状态下,喷水装置以50°锥角喷射,水滴会随气流向进气道中心轴收敛,不同喷嘴喷出的水滴之间存在干涉;慢车状态下,进气道内水滴分布更加广泛,液滴直径值大于最大状态时,靠近进气道边缘的喷嘴会有一部分水滴打在唇口上,并飞溅至进气道外。     

基于曲面重构的飞机三维结冰数值模拟计算

在飞机结冰数值模拟中,采用多时间步长法可以准确模拟实际结冰情况。首先给出了三维结冰数值模拟方法,通过求解N-S方程计算空气流场、采用欧拉法计算水滴轨迹、求解质量和能量守恒方程计算结冰增长。对结冰后的结果数据进行重组,建立新的拓扑关系,采用非均匀双三次B样条曲面重构算法重构冰形曲面,得到几何模型,实现飞机三维结冰的多时间步长数值模拟。比较了单时间步长和多时间步长的计算结果;并与冰风洞试验数据及LEWICE预测数据进行对比,分析了不同时间步长对结冰外形的影响,得到了表面水收集系数随着时间的变化规律。结果表明,随着时间步长的不断缩小,水收集系数在机翼上表面不断增加,影响冰形的增长。时间步长越小,计算结果越接近试验数据,验证了曲面重构算法的正确性,说明多时间步长在结冰数值模拟方法中的优越性。     

三维高升力机翼水滴撞击特性数值模拟研究

基于分区多块结构网格体系,采用欧拉方法建立过冷水滴控制方程,通过有限体积方法对方程进行求解,发展了适合三维复杂外形飞机的水滴撞击特性计算方法和计算程序.通过二维单段翼型、多段翼型等算例对该方法的验证计算表明,在常规尺寸水滴算例中,水滴撞击特性计算结果与国外标准模型试验数据吻合良好.在此基础上,开展了三维高升力机翼水滴撞击特性数值模拟研究,分析表明计算结果可用于飞机防/除冰系统设计.     

过冷大水滴粒径分布的欧拉-拉格朗日混合抽样算法及对冰型影响

过冷大水滴（supercooled large droplet,SLD）云雾环境不同于常规粒径范围的过冷水滴,具有更大的粒径范围和复杂的水滴粒径分布形式,使得结冰的冰型异常复杂,从而给飞行器的飞行安全带来了前所未有的挑战。现有结冰数值模拟方法仅能模拟单一粒径的水滴,无法准确模拟真实SLD云雾环境“双峰分布”的粒径分布特性和相应的冰型。为了准确高效模拟SLD这种粒径分布特性,本文提出了一种基于Rosin-Rammler 分布函数进行欧拉-拉格朗日混合抽样的水滴轨迹模拟算法。通过该方法收集水滴,再利用结冰模型与水膜模型计算表面溢流传热和冰高,从而实现了准确高效的SLD粒径分布的结冰数值模拟,并通过2.5维算例研究了SLD粒径分布对机翼结冰的冰型特征以及冰型空间随机性的影响。结果表明SLD的粒径分布对冰型有较大的影响,冰型特征和冰型随机性与MVD和粒径分布方差紧密关联。     

空气环境中水滴和半空间弹性体撞击力学行为的数值模拟

通过将拉格朗日方法与欧拉方法相耦合,分析了在空气环境中直径为1 mm、速度为150 m/s的球形水滴对半空间弹性体的撞击过程.通过对液固撞击过程的数值模拟,给出了撞击过程中水滴内部的压力分布及其随时间的变化、液固接触边缘射流的形成及其破碎的过程、被撞击固体的变形特点和等效应力及其随时间的变化.结果表明:水滴和被撞击固体的可压缩性对整个撞击过程有重要影响;在撞击的初始阶段,水滴中产生水锤压力并使固体表面产生相对很大的变形和应力,水锤压力的理论值和数值计算的结果具有较好的一致性,验证了耦合数值计算方法的可行性和精确度;射流出现的时间比激波脱体的时间晚,高速射流对不再平坦的固体表面的强烈剪切作用使固体进一步变形,并且液固接触边缘的压力高于内部的压力.     

基于CFD的沿程阻力系数的计算

沿程水头损失是长距离输水工程设计中必须计算的重要参数之一,而管道壁面相对粗糙度和流体的雷诺数是影响沿程阻力系数的主要因素。基于计算流体力学(CFD)原理,采用数值模拟方法,计算了沿程阻力系数随壁面粗糙度和雷诺数的变化规律,相比尼古拉兹试验结果,数值模拟所得结果误差较小。     

蜗壳喷嘴出口速度分布特性

用数值计算的方法，以κ-ε双方程模型模拟蜗壳内的气体流动情况，以心形线拟合蜗壳的通流截面，用SIMPLEST算法计算了3种不同型线蜗壳喷嘴出口气流角和速度的分布情况。对计算结果的比较表明，蜗壳型线的变化，对喷嘴出口气流参数的分布会产生明显的影响。当Aθ/rθ沿周向线性变化时，喷嘴出口参数的分布最均匀。     

非共沸工质R407C蒸发过程的数值分析

本文改进了常热流边界条件下蒸发过程的稳态模型,引入了工质压力降计算和物性参数计算;采用数值计算方法,计算了R407C在蒸发过程中沿程压力、干度、温度分布及与换热流体之间传热温差的沿程分布情况;并将结果与改进前稳态换热模型的结果作比较。     

管道起伏对天然气温度分布的影响

根据能量和动量守恒原理,建立了体现非理想特性和高程变化影响的天然气管道输送热力计算模型.针对某气田实际运行的管道高程变化情况,计算了管道沿程压力和温度分布情况,结果表明,天然气温度在管道高程的峰处最低而在谷处最高,与水平管道相比,600m的高程变化会导致5℃的温度变化.     

多因素影响的梯形明渠三维流动规律

为了研究梯形明渠三维流动规律,使用流体动力学软件Fluent的Realizable k-ε模型对梯形明渠进行了模拟.首先,数值模拟了边坡坡度比为1、流速为1m/s条件下的三维流动.数值结果表明:对称面上流速的沿程变化不显著,底区流速满足对数律分布,外区流速用乘幂公式拟合有一定的误差.其次,分析了同一高度横向各点的速度值、静压、总压的沿程变化,壁面上不同高度切应力、总压的沿程变化和出入口的总压差.最后,考察了8种不同坡度、8种不同流速情况下边壁、床面的切应力、总压的变化趋势,得到了切应力和总压随流速的计算公式,揭示了梯形明渠的流动规律.     

饱和含水土壤埋地原油管道冬季停输温降

建立了饱和含水土壤埋地原油管道在低于冰点环境温度下的停输流动和传热模型，该模型不仅考虑土壤水分结冰和管内原油凝固相变过程与初始温度场和流场的影响，而且考虑了水分在土壤多孔介质中和管内原油的自然对流。通过数值模拟，获得了停输期间温度场、流场以及土壤水分结冰界面和管道中原油凝固界面的分布情况。结果表明，停输期间越靠近管壁正上方的土壤，其温度梯度越大；受温度分布的影响，土壤水分和管内原油产生沿y轴对称线自下而上的自然对流；土壤水分结冰界面和管道中原油凝固界面随停输时间向埋深方向推进，管道顶部土壤中的结冰界面推进速度较远离管道土壤中的结冰界面缓慢，管内原油凝固界面也向埋深方向偏移。     

沿板平面材料组分变异功能梯度板件分析

发展了一种细观分析和宏观计算相结合的计算方法——细观元法．细观元法是使功能梯度构件宏观响应和材料组分的几何、物理、构造参数直接发生关联的分析方法，实现材料细观结构到构件宏观响应的直接过度分析．细观元方法相比一般有限元法不增加结点自由度，却使得功能梯度板件内任意方向细观结构变化得到反映．目前功能梯度板件分析只能处理材料特性沿厚度方向梯度变化，而运用此方法则直接从制备时给定的材料组分分布出发计算构件宏观响应，并给出了沿板平面方向材料特性梯度变化功能梯度板件的力学量三维分布形态．     

飞机发动机结冰研究进展

针对飞机发动机防／除冰技术的进展,分析了美国AEDC和意大利CIRA冰风洞的发动机结冰试验概况,综述了我国冰风洞建设及结冰试验的现状;对冰风洞试验的重要参数液态水含量(LWC)和液滴粒径(MVD)的测量研究进行了探讨;从流场计算、水滴撞击特性计算、模型表面能量平衡计算、冰形计算4个方面总结了结冰模拟方法的进展,并比较了不同方法的优缺点。最后针对当前的研究现状,提出了发动机结冰研究进一步的发展趋势。     

双流道泵固液两相流的数值计算与分析

基于Fluent软件中的Mixture模型,采用Simplec算法和RNGκ-ε两方程湍流模型对双流道泵内固液两相流进行了数值计算和分析;计算结果显示颗粒进入叶轮后,直接撞击后盖板,大部分颗粒沿叶轮工作面和后盖板前进,最终从叶轮出口末端流入压水室;颗粒在压水室内有沿壁面运动的趋势,但不会在压水室逗留,可以沿流道顺利流入发散管,少部分从叶轮经隔舌直接流入发散管。同时,仿真结果表明:在同一体积浓度下,粒径的变化对压力场的影响比较小,但对固液两相的离析影响较大,粒径越大颗粒越容易聚集,且运动速度也越大。     

基于径向基函数的结冰收集率计算的两级插值方法

为提高飞机结冰数值模拟中粒子轨迹计算的效率,基于拉格朗日方法,提出了两级插值方法。第一级插值为收集率插值,根据水滴轨迹在壁面撞击位置的收集率,采用径向基函数插值计算所有网格的收集率;第二级插值为轨迹插值,把水滴从远场运动撞击到壁面过程分为两个部分,在距机翼较远位置计算少量水滴轨迹,在壁面附近位置加密计算大量水滴轨迹。采用收集率插值时,由于结冰累积,线性插值或者高阶样条插值方法在遮蔽区内插值不准确,引入径向基函数插值来解决该问题。给出的算例表明,两级插值方法能够极大的提高拉格朗日法计算收集率的效率,径向基函数插值能够避免遮蔽区内插值不准确的问题。     

结冰风洞液态水含量测量方法研究

液态水含量是影响结冰形状和结冰类型的重要结冰云雾参数。获知结冰风洞中的液态水含量,是得到定量结冰风洞实验结果的基础。本文提出了一种采用数值计算和结冰风洞实验相结合的手段。测量结冰风洞中液态水含量的方法。该方法首先采用拉格朗日法数值计算水滴运动轨迹,得到物体表面水滴的总收集系数;其次,计算不同液态水含量所对应的结冰质量。建立液态水含量与结冰质量的关系曲线;在此基础上,进行结冰风洞实验,测量实验得到的结冰质量,通过在液态水含量与结冰质量的关系曲线上进行插值,进而得到实验液态水含量的大小。用本文提出的方法进行结冰风洞液态水含量测量。只需一般的质量测量工具即可进行。操作方便,成本低廉,避免了常规的液态水含量测量或标定需要专门设备的不足。采用25和35m,s两种速度条件对0．3m×0．2m结冰风洞的液态水含量进行了测量,两种条件得到的结果一致,相差不超过0．01g／m^3,说明本文提出的方法是合理的。研究显示,0．3m×0．2m结冰风洞在开启一个喷嘴时,液态水含量值在0．15g／m^3左右。     

基于ANSYS的明胶靶标温度场仿真分析

基于三维非稳态温度场理论,应用大型有限元软件ANSYS,采用瞬态热分析方法对明胶靶标进行了温度场的仿真计算,并进行了实验验证,计算结果与实测结果的对比分析表明,数值仿真具有高的准确性;通过仿真计算,得到了明胶靶标不同时刻的温度场、在某一时刻沿过质点的正截面上的温度分布、以及中心点处温度随时间的变化,为创伤实验靶标的制取与应用提供了重要参考。