固发羽流流场及辐射特性随飞行状态的变化规律

为了探讨火箭不同飞行状态对发动机羽流流场结构及辐射特性的影响,对不同飞行高度、来流马赫数以及实际飞行轨迹进行了研究,分析了流场的温度分布以及辐射特性的规律.首先利用FLUENT模拟了不同飞行状态下固体火箭发动机羽流复燃流场,然后分别使用Mie理论和HI-TEMP数据库结合全光谱K分布模型计算了羽流的固相和气相辐射物性参数,最后通过广义源项有限体积法计算了不同飞行状态下固发羽流在波长范围为1.5～5.5 μm下的光谱辐射强度.结果 表明:在来流马赫数相同时,随着飞行高度的增加,羽流辐射强度也随之增加;而在同一飞行高度下,来流马赫数增加时,羽流辐射强度会随之减小;在模拟火箭的实际飞行过程中,随着时间的推移羽流辐射强度随之减小,达到一定飞行高度后,羽流复燃效应不明显,羽流辐射强度变化趋于平缓.     

侧壁对受限空间烟羽流准稳态结构的影响

本实验在１／２尺寸典型客房模拟实验间内进行实验结果表明，羽流轴线向靠近的壁面方向偏移，偏移距离δＴ和δｖ与热源相对靠近的壁面的距离ｙ和高度ｚ有关．沿近壁面方向羽流横截面的温度分布是近似高斯分布，垂直近壁面方向羽流横截面上的温度分布是截断高斯分布．然而，近壁面浮力羽流横截面上的速度分布偏离高斯分布，且分布曲线上出现双峰值，曲线中段比较平缓，表明受限空间浮力羽流不具有轴对称性，其结构与非受限空间浮力羽流不同．     

稳定线性热分层环境下火灾烟气羽流=积分解及实验分析

对稳定线性热分层环境下湍浮力羽流无量纲积分方程首次采用数值解法进行求解，得出浮力通量、动量通量等参量在轴线上的变化规律以及羽流中性浮力点的高度和羽流最大上升高度。2种不同尺度空间及不同烟气羽流出口条件的实验表明，实际火灾烟气羽流最大上升高度与理论计算结果及文献经验公式相符，从而表明积分模型数值解的有效性，并为高大空间火灾烟气输运规律研究及探测技术发展提供了理论及实验依据。     

海底热液羽流发展过程的数值模拟

 海底热液羽流系统对海洋底部热量与物质输运等科学问题的研究具有重要意义。本文采用数值模拟的方法研究在温度层结环境中二维轴对称热液羽流的发展过程,讨论热液羽流不同喷口条件对羽流发展过程的影响。计算结果表明,热液羽流的喷发过程分为2个阶段：上升过程中温度逐渐降低浮力减小,在背景层结的作用下达到稳定的上升高度;其后羽流顶部转向横向输运。喷口温度、喷口半径对热液羽流的上升高度和横向输运能力的影响正相关。     

喷水对火箭发动机羽流红外特性的抑制作用研究

为研究喷水对火箭发动机发射时排气羽流红外辐射的抑制作用,建立了羽流气液两相流场和红外辐射传输的计算模型,通过在能量方程中引入辐射源项和水的汽化导致的能量源项,实现了辐射计算和两相流场计算的耦合求解.计算中采用M ixture多相流模型求解气液两相流流场,使用汽化模型模拟了水的汽化效应.使用离散坐标法求解辐射传输方程,得到了3个主要波段内羽流的红外强度分布,将计算结果与红外热图进行对比,验证了计算结果的可靠性.研究结果表明,喷水后辐射强度在喷水管之后的大范围区域内明显降低.     

喷头位置对羽流火焰高度影响的数值模拟研究

目的研究喷头位置对窗口羽流火焰高度的影响,揭示羽流火焰高度和喷头位置之间的变化规律,为高层建筑多火焰融合作用下的外部防控技术提供理论依据.方法采用火灾动态模拟软件PyroSim对房间不同位置放置喷头的火灾模型进行数值模拟,通过对所设置工况的模拟研究,分析窗口温度曲线及温度等温线,并引入危险温度T、T_1及T_2.结果喷头位置明显影响窗口羽流火焰高度,喷头分别放置在距窗口2 m、3 m处和距火源中心2 m、3 m处与放置在距窗口1 m处相比,窗口羽流火焰T的高度提高了0.38～1 m,T_1的高度提高了0.2～0.38 m,T_2的高度提高了0.21～0.32 m.结论随着喷头位置距窗口和火源中心的距离增大,羽流火焰高度明显提高,但由于火源位置的随机性,实际安装中无法预知火源位置,故建议选择喷头位置距窗口1 m处,即易于安装,又能有效降低羽流火焰高度.     

侧墙结构多窗口羽流火焰的数值模拟分析

目的探究侧墙结构对横纵向多窗口羽流火焰及其融合的影响,分析在侧墙上设有窗口条件下羽流火焰的温度分布情况,为同类高层建筑外部火蔓延的防控提供参考依据.方法采用火灾动态仿真模拟软件Pyro Sim对侧墙上设有窗口的建筑类型进行火灾模拟,通过对所设置工况的数值模拟研究,分析窗口温度曲线及温度等温线,并引入危险温度T、T1及T2.结果横向相对两窗口及纵向相邻两窗口的羽流火焰未互相融合;横纵向四窗口、纵向相邻三窗口及横纵向六窗口的羽流火焰能够相互融合,危险温度高度比单窗口提升了4~9 m;单侧纵向多窗口的危险温度能够影响到对向侧墙外立面.结论侧墙结构引起的烟囱效应与羽流火焰相互作用,提升了危险温度高度;单侧纵向多窗口羽流火焰融合后的危险温度能够危及对向侧墙.     

不同高径比下气液两相流流场结构的实验研究

气液两相流是好氧曝气过程中产生的一种复杂的气液流动形态,其流型、流态对曝气反应器的运行效率具有重要的影响。本研究使用高速摄影机获得气泡羽流的流场图像,再经图像处理和数值计算来研究气泡羽流的空隙率参数,测得空隙率值在气泡羽流中的分布,并结合羽流摆动频率对不同纵横比下的羽流运动情况进行分析。研究结果表明,当曝气装置纵横比为1.0时,气液两相流的流场分布均匀,频谱稳定,能形成稳定的气液环流,使气泡在液相中的停留时间变长,可以有效地提高氧传质的效率,改善曝气效果。     

液体火箭发动机羽烟三维紫外辐射仿真研究

针对液体火箭发动机羽烟紫外辐射的空间分布问题,建立三维数值计算模型.该模型采用标准κ-ε湍流模型和PDF模型仿真羽烟流场的状态参数,根据HITRAN数据库计算流场内吸收系数分布,并利用离散坐标法求解辐射传输方程,计算三维空间的紫外辐射分布.测试结果表明:三维紫外辐射模型的计算结果与实验数据一致,能够反应不同视角下液体火箭发动机羽烟紫外辐射强度的空间变化.     

液体火箭发动机羽焰UV-VIS光谱的实时采集及分析

根据光谱与发动机工况及故障之间的关系,研究发动机的故障检测和诊断技术.采用光纤光谱仪搭建一套羽焰光谱实时采集系统,实现液体火箭发动机羽焰UV-VIS光谱的现场实时采集.多次地面发动机搭载试验验证了该系统的可行性,并获取了发动机羽焰UV-VIS波段光谱数据.通过分析光谱数据,检测出Fe等相关金属元素的原子特征辐射光谱.初步获得了发动机工况与羽焰特定波段光谱辐射强度之间的变化规律,进一步论证了光谱技术用于液体火箭发动机故障检测的可行性.     

高空羽流试验系统和压力场的测量

为研究空间发动机羽流对卫星的影响,建立针对太阳反光镜、光学仪表和低温红外传感器等重要载荷的羽流污染预报数据库,开发了一套羽流试验系统并进行了试验研究.试验台主要包括:空间环境模拟系统;电热气体模拟发动机;稳压气源;测量系统及其温控.采用计算流体动力学(CFD)和直接模拟Monte Carlo(DSMC)相结合的方法完成了羽流场的数值模拟,计算结果为试验参数的选择提供了重要依据.试验系统满足在mPa量级的真空压力和(93±5)K的背景温度下的稳定运行和精确测量.完成了国内首次在模拟100 km高空条件下,羽流场关键参数——压力场的测量.     

运动特征对飞机动态RCS分布特性的影响分析

为了研究不同航路捷径和高度对飞机动态RCS的影响,并能找到描述其分布特性的通用起伏模型,对飞机动态RCS进行了统计分析。首先采用准静态法仿真计算了飞机在不同航路捷径和不同高度时的动态RCS,分析了运动特征对飞机动态RCS的影响;其次用3种经典起伏模型对动态RCS拟合建模,并通过Kolmogorov-Smirnov检验比较了统计建模结果的差异,得出对数正态分布在描述动态RCS起伏特性方面具有通用性的结论。研究成果对于非合作目标的预警探测有重要意义,为雷达总体性能的提升提供理论依据。     

火箭·导弹·发射架和运载工具

大家知道,箭是靠弓的弹力发射出去的.靠人拉弓张箭是射不远的,几十米、上百米就了不起了.在我国发明了火药之后,宋代出现了火药燃烧推动的箭,称之为"火箭".到了二十世纪,技术高度发展,出现了许多复杂的用液体或固体燃料燃烧推动的飞行器,但人们仍习惯用过去的名字-"火箭"来称呼它们.火箭的头部可以装不同的东西,发射人造卫星或飞船的就叫运载火箭,发射探测高空仪器的就叫探空或气象火箭;发射武器(炸药或核武器)的就叫火箭武器.为了使火箭准确地飞向目标,给它装上控制和引导系统,这类火箭武器有一个专用名称-导弹.而不带制导系统的就叫火箭弹(例如火箭炮弹).     

极真空紫外波段Al离子发射光谱的分析和模拟

利用两台Nd:YAG激光器作用于放置在真空腔室中的铝靶,获得了Al等离子体的发射光谱,并对23~35nm波段范围内的光谱进行了理论分析.结果表明实验光谱中的分立谱线主要来自于Al 5+-Al 8+离子的2s-2p跃迁;同时利用碰撞辐射稳态模型计算分析了不同电荷态Al离子的离子丰度随电子温度、电子密度的演化关系;最后结合激发态粒子数布局满足归一化玻尔兹曼分布的假设,获得了不同等离子体参数条件下的理论光谱,通过与实验光谱的比较,确定了等离子体参数.     

双基推进剂火箭排气羽流的微波衰减

本文从电磁波在火箭发动机排气羽流等离子体中的传输特性,分析了电磁波频率、羽流等离子体振荡频率和磁撞频率对电磁波衰减的影响。概略地论述了自由电子密度和碰撞频率的有关理论,分析了一些实验规律,指出了固体推进剂设计与降低电磁波衰减的关系,对研究微波衰减小的固体推进剂设计有一定参考意义。     

自动喷淋系统对羽流火焰高度影响的数值模拟研究

目的研究自动喷淋系统对窗口羽流火焰高度的影响,揭示羽流火焰与喷水强度之间的变化规律,为高层建筑防火隔离区高度的设置提供理论基础.方法利用火灾动态模拟软件PyroSim对有自动喷淋系统的窗口羽流火焰进行数值模拟研究,改变喷水强度,引入危险温度T=540℃、T_1=350℃及T_2=250℃,综合分析窗口温度曲线及等温线数据.结果自动喷淋系统能有效降低窗口羽流火焰高度,喷水强度分别为6 L/(min·m~2)、7.5 L/(min·m~2)、9.2 L/(min·m~2)和10.9 L/(min·m~2)时,单窗口危险温度T的高度与无自动喷淋系统相比降低了1.2～1.6 m,危险温度T_1的高度相比降低了0.61～1.43 m,危险温度T_2的高度相比降低了0.38～1.56 m.结论随着喷水强度的增加,羽流火焰高度明显降低;喷水强度能够抑制羽流火焰融合,故自动喷淋系统对于此类高层建筑外部火蔓延可以起到防控作用.     

隐身飞机米波段RCS的统计建模研究

采用米波雷达探测作为反隐身手段时,经典的RCS起伏模型无法精确描述隐身飞机的RCS统计特性。首先仿真分析了典型隐身飞机侧站盘旋时的动态RCS;其次采用经典起伏统计模型分析了头向RCS的统计特性,并通过分布检验方法比较了统计建模结果在VHF频段和L频段的差异;最后提出了采用高斯混合分布来实现米波段RCS的精确统计建模,将有助于提高反隐身效果。研究成果将为雷达总体设计和反隐身作战提供理论依据。     

基于多光谱法的固体火箭发动机羽焰温度测量

对于固体火箭发动机羽焰温度的测量是困难的,了解其温度分布对于研究发动机内燃烧流场的特性有重要价值.考虑到固体火箭发动机羽焰高温、高压和高速燃烧流场的测试要求,使用哈尔滨工业大学研制的6目标8波长高温计进行了地面搭载试验,成功地实现了对固体火箭发动机羽焰温度的测量,并提出了多光谱测温法的新数据处理方法,即基于BP神经网络预估计固体火箭发动机羽焰的发射率与波长之间函数关系,再由逐步回归法实现真温的自动识别.实验结果表明,其真温计算值与火箭发动机设计者提供的理论值之差在土100 K以内,说明多光谱法是一种测量固体火箭发动机羽焰温度的可行方法.     

人工气候室内呼出气溶胶颗粒物分布的实验研究

实验研究了全尺寸人工气候室内,置换通风条件下,人体呼出气溶胶颗粒物在室内竖直、水平方向的分布以及人员暴露情况.采用一套气溶胶发生系统产生近似人体呼出粒径范围的多分散颗粒物,采用高精度的气溶胶光谱仪测量室内颗粒物的分布,采用一个具有呼吸功能的暖体假人以及一个自行研制的暖体假人来模拟真实人体.结果发现,在距离发生源较近的位置,颗粒物在呼吸区高度有"自锁现象"发生;而在远离发生源的位置,颗粒物沿高度方向呈现下低上高的两区分布.人体对颗粒物的暴露量与人体距离发生源的位置有关,人体周围上升的热羽流有助于减小人体对颗粒物的暴露量.     

激光产生的硫等离子体2s—2p光谱及分析模拟

利用双脉冲激光等离子体光谱技术测量了激光作用于高纯度硫靶产生的16~24nm波段的发射光谱,分析发现谱线主要来自Sq+(q=7,8,9,10)离子的2s—2p跃迁.基于稳态碰撞辐射模型和激发态离子数布局满足归一化玻尔兹曼分布的假设,计算了不同离化态硫离子在不同等离子体温度和电子密度下的布居数,在不同电子温度下模拟了等离子体光谱,并通过与实验光谱比较确定了等离子体参数.