几种超声速横向射流方案混合特性的数值研究

本文首先发展了AUSMDV格式结合k-ωSST湍流模型的数值模拟方法,利用三维圆孔垂直喷氢实验算例验证了数值方法的可靠性.在确定质量加权平均总压和混合效率作为喷射方案性能评价标准的基础上,基于所发展的数值方法研究了不同喷射方案的混合特性.研究发现：超声速横向射流的近场混合主要由对流输运控制,而远场混合主要由质量扩散控制;圆孔喷射与狭缝喷射造成的总压损失相当,但圆孔喷射的三维绕流特性可使其导致更高的混合效率;圆孔喷射时,喷射角的变化主要影响射流近场的混合程度,喷射角120°为最优的喷射角喷孔间距与喷孔直径的比值增大时,可导致更高的混合效率,但也可相应带来总压损失的大幅增加;采用缩小喷孔面积而保证燃料质量流量不变的方法设计二级喷射方案时,其所引起的总压损失相比于单级喷射的增幅较小,而导致的混合效率增幅较大,因此二级喷射的混合性能优于单级喷射.本文的研究成果可为超燃冲压发动机燃烧室内燃料的喷射方案设计提供依据.     

煤油在超声速气流中横向喷射的实现

设计新型的单次高压燃油喷射系统,测量了油管内的压力时间曲线,并得到不同延时的阴影照射,研究了煤油在超声速气流中的非定常横向喷射问题。结果表明：煤油射流的穿透深度大,雾化过程可分４个区域,气动力是影响雾化的关键因素。射流柱的破碎是由沿表面传播的表面波造成的,破碎点位表面波的波谷。     

垂直喷淋式MOCVD反应器中射流影响的研究

针对垂直喷淋式MOCVD反应器的射流现象进行数值模拟研究.通过改变反应腔高度、喷口间距、喷口速度、托盘转速等,对反应器内的流场、温度场、浓度场随上述参数的变化进行详细探讨,进一步探索MOCVD反应器中射流影响的规律.通过模拟发现:(1)在喷口下方的反应腔空间,射流速度、温度和浓度均存在周期性波动,此波动由衬底中心到衬底边缘逐渐衰减;(2)衬底中心处的垂直射流速度大于周边的速度,中心浓度高于边缘浓度,中心温度低于边缘温度;(3)增加反应腔高度,减小喷口间距,减小喷口速度、增加衬底转速,均有利于衬底上方轴向速度和反应前体浓度沿径向分布的平缓.     

激励频率对等离子体合成射流的影响

通过求解雷诺平均Navier-Stokes方程模拟了不同激励频率下等离子体合成射流诱导的流场,其中等离子体激励器采用体积力唯象模型模拟.计算结果表明,随着激励频率的增大,激励器诱导的相邻两个涡对的流向间距单调减小,涡对引起的速度波动范围变小,激励频率f=60Hz时,相邻两个周期内所形成的涡对很快融合在一起,下游的流场结构更接近于定常激励的情况.激励频率对等离子体合成射流平均流场几乎没有影响.等离子体激励频率较小时（f〈40Hz）,等离子体合成射流在近壁面区域内的动量随着激励频率的增大而增大,在距壁面较远位置以后,变化趋势相反.     

颗粒惯性对气固两相各向同性湍流中温度统计特性的影响

颗粒运动轨迹上流体的温度统计特性对于理解非等温/反应气粒两相湍流的机理, 特别是对于检验非等温气粒两相湍流Lagrangian模型是十分重要的. 对带有平均标量梯度的气固两相各向同性湍流中颗粒及颗粒所见流体温度的统计行为进行了直接数值模拟研究, 讨论了颗粒惯性对于颗粒温度以及颗粒所见流体温度的Lagrangian统计特性的影响. 结果显示, 对于τ_p/τ_k<1的颗粒, 颗粒所见流体温度的脉动强度随τ_p/τ_k的增大而减小; 而对于τ_p/τ_k>1的颗粒, 其趋势相反. 小颗粒(τ_p/τ_k<5)温度的Lagrangian自相关系数R_p^T也随颗粒惯性(τ_p/τ_k)的增大而减小, 对于大颗粒这一趋势也相反. 颗粒运动轨迹上流体温度的自相关系数 都随颗粒惯性的增加而减弱, 而且随颗粒惯性的增加, 颗粒运动轨迹上流体温度的自相关比颗粒温度的自关联下降得快. 平均温度梯度的存在使得在沿平均温度梯度的方向上颗粒速度和温度有很强的关联性. 当τ_p/τ_k<1时, 其关联系数随颗粒惯性的增加而增大; 当τ_p/τ_k>1时, 这一系数的值与颗粒惯性无关.     

气体压强对超音速气雾化中气体流场的影响

气体雾化技术可以制备一系列高性能超细球形金属粉末．利用计算流体动力学软件Fluent模拟了雾化气体压强（P0）对超音速气雾化喷嘴气体流场的影响,以及对流场中心线上压强、速度等变化的影响规律．研究结果表明：随着P0的增大,流场内气流达到的最大速度逐渐增加;当雾化气体压强较小时,抽吸压强（△P）随雾化气体压强增大而减小;而当雾化气体压强达到某一临界值时,△P才随雾化气体压强增大而增大;抽吸压强的变化与雾化室中心线上滞止压强和马赫碟位置的变化相一致,滞点位置对抽吸压强的作用不大：导液管顶端径向分布的静压强存在一个压强梯度,并且随着雾化气体压强的增加而增大．     

走廊转角条件对人员疏散规律的影响分析研究

在建立走廊转角疏散模型的基础上,将房间人员密度设置4种情况,采用计算机数值模拟软件FDS＋Evac模拟了不同转角角度,不同圆角半径的走廊转角条件下的人员疏散过程。研究表明：走廊转角角度从O°增加到90°,疏散时间先增长然后缩短最后又增长。同条件下,圆角疏散能力优于折角。圆角半径大小对人员疏散没有显著影响。研究结果为建筑走廊设计提供了参考依据。     

隧道长度对高速列车交会压力波的影响研究

高速列车隧道交会空气压力波的幅值对于车体结构及气密强度设计有非常重要的意义．我国的工程条件下需要对该工况对应的最不利隧道长度以及隧道长度对列车表面压力变化幅度的影响进行估计．本文通过理论分析研究了隧道压力波的形成和峰值影响因素,推导了压力极值对应的最不利隧道长度关于列车长度、运行马赫数的表达式．同时研究了隧道长度对最大负压值变化趋势的影响,并得出了负压极值快速变化所对应的临界长度区间．随后建立了二维的隧道交会数值模拟方法,并对典型工况下不同长度隧道内的列车交会进行了计算,其结果很好的验证了理论分析的预测表达式,证明前述表达式能够有效地应用于实际工程设计当中．     

乙醇燃料改质对HCCI燃烧特性的影响

为研究乙醇经过改质后,改质气浓度和改质气进入气缸相位对乙醇HCCI燃烧特性的影响,以一台改造的实验发动机上为模型,用CHEMKIN4．0软件进行模拟。模拟结果表明,乙醇经过改质后,改质气的主要组分为H2、CO、H2O和OH基;随着改质气浓度的增加,缸内压力升高,燃烧始点提前,缸内最高压力升高;随着改质气进入气缸相位逐渐接近上止点,HCCI燃烧始点逐渐推后,缸内的最高压力出现变化,改质气在上止点前14°CA进入气缸,缸内最高压力减小,改质气在上止点前12°CA进入气缸,缸内压力达到最大,随着改质气进入气缸相位逐渐减小,缸内最高压力逐渐减小。因此,在上止点前12°CA进入气缸是较优的相位。     

巷道布置对围岩稳定性影响的数值模拟

采用理论分析不同应力场下巷道轴线与最大水平主应力方向夹角的最佳角度,利用数值模拟不同夹角情况下,巷道围岩应力分布、正前方应力分布及变形特征。得出：1）最大水平主应力σH〉最小水平主应力σh〉垂直主应力σr时,最佳角度为0°;σt〉σH〉σh时,最佳角度为90°;σH〉σa〉σA时,最佳夹角为α0.2）巷道开挖后,水平应力在两帮出现应力降低区,在顸、底板出现应力集中区;垂直应力在两帮出现应力集中区,在顶、底板出现应力降低区;随角度变化,应力变化区均有明显变化,正前方断面的最大主应力变化明显。3）巷道达到最佳角度时,围岩变形相对较小,最大主应力围绕在巷道周边,呈环状或类环状分布;其它角度时,围岩变形相对较大,最大主应力逐渐向顶、底板的四角或两帮发展。     

喷油量自动测量装置的研究

基于ATmega128单片机和差动变压器式（LVDT）位移传感器,运用位移法的工作原理,设计了高精度柱塞油缸量油系统。在设计之前,对柱塞油缸进行了精度分析。并在喷油泵试验台上进行了对比试验,结果表明该测量系统精确、可靠。     

基于Fluent的离心泵内部流场数值模拟

在对比了FLUENT中所提供的湍流模型以后,选取了应用范围较广的标准k—ε模型。计算完成后,分析IS100—85—250型离心泵在额定工况下和非额定工况下整机流场的速度压力分布,发现整体上的流场分布情况跟理论分析一致,而且也十分符合叶轮和蜗壳的设计原理。为了验证整机流场分析的准确性和可靠性,对该离心泵进行了性能试验,并作出了预测性能曲线,就离心泵的特性曲线进行了分析。通过扬程一流量、轴功率一流量、效率一流量特性曲线,得出模拟计算与理论分析基本吻合。最后对模拟计算作了总结。     

高压水旋转射流喷嘴的外部流场数值模拟

运用fluent软件对高压水旋转射流喷嘴的外部流场进行数值模拟。结果表明：高压水旋转射流不同于普通圆形射流,其能量不是集中在射流中心部位,而是集中在一定半径的圆环上,并具有明显的扩散现象。轴向速度从离开喷嘴后开始衰减,随着旋流强度的增加,衰减速度明显加快。模拟的结果为喷嘴参数的设计选取提供一定的理论依据,对实际工程具有一定的指导意义。     

基于异步感应发电机的风电场中桨距角控制研究

为了研究基于异步感应发电机的风电场对电力系统稳定性的影响,建立了异步感应电机发电机小信号模型;并通过对异步感应电机状态方程的线性化,分析异步感应发电机对电力系统小干扰稳定性及阻尼特性的影响;提出了改进的桨距角控制系统;并将发电机转速偏差信号引入桨距角控制系统.通过对系统进行特征根分析和时域仿真来验证其有效性.结果表明,改进的桨距角控制环节能够改善系统阻尼、提高系统动态稳定性.     

甲烷/氢气双燃料均质压燃式燃烧特性研究

利用气相化学反应模拟软件Chemkin模拟甲烷与氢气混合的燃烧过程,分析讨论了添加不同比例的氢气对燃烧参数的影响。研究结果表明:随着掺氢比的增加,反应物燃烧速度加快,缸内温度、压力随之升高,CO与CO2的排放变化不是很大,NO的排放有所增加;在掺氢比为50%的时候,气相反应的净产热达到最高值。     

大涡模拟在超音速燃烧领域的应用研究

随着大涡模拟技术发展日臻成熟及目前计算机运算速度的提高,大涡模拟已经逐渐由理论研究阶段进入工程实用阶段.采用大涡模拟进行超音速燃烧数值模拟时,必须能够准确模拟小尺度上的燃料/空气湍流混合过程及化学反应动力学过程.本文回顾了大涡模拟中的主要亚网格模型及亚网格燃烧模型,总结了国内外采用大涡模拟在超音速燃烧研究领域的应用情况,为大涡模拟的进一步发展和应用提供参考.     

基于UDEC巷道掘进矿压显现的数值模拟

通过采用UDEC软件,依据钻孔柱状图和采掘应力影响范围建立了相应的几何模型,根据煤岩体物理力学性质建立相应的材料模型,在此基础上结合地应力数据,从而完成数值模型.通过模拟实际巷道开挖尺寸及方位,得出巷道前方的应力分布和巷道两帮位移分布,为巷道冲击地压显现防治提供了理论支持.     

偏离设计工况时离心泵内部流场的数值模拟

通过高效数值模拟的方法分析通流部分的气动性能,对叶轮进行优化改进,扩容改造,从而提高效率,可靠性,安全性.主要采用FLUENT,在双参考坐标系下,利用有限体积法对雷诺时均Navier-Stokes方程进行数值离散,选用标准k-s湍流模型,SIM-PLEC方法求解,对原模型泵进行非设计工况下内部流场的叶轮和蜗壳的耦合数值模拟,主要是变转速和变流量调节.得出变转速调节下全流场的速度和压力分布均与原模型相似,但转速过低时则出现明显不同;变流量模拟时,无论是大流量还是小流量,在叶轮流道和蜗壳区均出现了较为严重的回流和漩涡区,并对这一现象进行了分析.最后对原模型蜗壳提出了一些改造意见,指出了偏心蜗壳在蜗舌处的回流情况较对称蜗壳好一些.     

重庆四面山根系及土壤特性对优先路径分布的影响

通过分析不同土地利用状况(林地,灌草地和农地)下优先路径分布特征、土壤特性、及根系状况,探讨根系和土壤特性时优先路径的影响.采用染色法分析了三种不同土地利用状况下6块样地的优先路径分布,并分析了优先路径与根长密度、根孔和根面积之间的关系.结果表明,所有土地利用状况下0～10 cm土壤染色面积超过50％,在20 cm以下...