引射混合器数值模拟及性能预测方法研究

通过引射混合器主次流不同压比下混合管内流场的模拟计算,确定了该几何构形下发生壅塞时的主次流压比.对高压比下次流壅塞现象的研究表明,壅塞以后继续增大压比,当主流出口静压远大于混合管静压时,混合管内气流只经历一次膨胀和再压缩的过程.同时激波位置固定,不再随压比的继续增大发生变化.基于准一维控制体模型、Fabri壅塞假设模型和连续方程,提出了能有效预测引射器最高性能的饱和超音速模型,推出了此模型下引射系数与总压比和面积比之间的关系.由此得到直接反映引射器性能的特性曲线和修正曲线.最后把解析结果与数值计算的结果进行对比,验证了该模型的有效性.     

喷口位置对引射冷却器性能影响研究

对民用机辅助动力装置（APU）通风冷却系统进行合理简化,建立了二维计算模型,数值研究了尾喷口位置对APU舱通风冷却系统引射性能的影响。研究表明：在相同的喷管进口总压下,喷口位置愈接近排气管入口,喷管流量愈大,而冷却流量愈小,引射流量比愈小;其他条件不变的情况下,喷管流量随着喷管进口总压的升高而增加,被引射的冷却流量也相应地增加,引射流量比却几乎不变;引射冷却系统设计中选取喷口位置应与排气口留有一定的距离,但不能离排气管入口太远,存在最佳位置,使得引射流量比和总压系数都很高。     

尾喷口位置变化对APU通风冷却系统引射冷却性能的影响

本文对民机用辅助动力装置(APU)通风冷却系统进行合理简化,建立了2维计算模型,并数值研究了在地面工作情况下APU尾喷口位置对通风冷却系统引射冷却性能的影响,研究表明:当外界环境条件及APU尾喷口射流参数不变时,在不同的APU尾喷口位置下,通风冷却系统内部具有相似的流场特征,但随着APU尾喷口逐渐进入排气管,APU射流同冷却空气流的掺混效果逐渐减弱,冷却空气流流量逐渐减小,APU通风冷却系统的引射冷却性能逐渐恶化。     

风室试验中轴对称排气引射-混合器的引射特性

建立了大尺度引射进气风室试验装置,以精确测量排气引射-混合器的引射流量,采用辅助风机补风以调整并逼近实际引射进口压力,从而提高了引射流量的测量精度,采用3种直径的混合管对轴对称排气引射-混合器的引射流量特性进行对比研究,并结合射流理论对其流动状态加以分析.结果表明:在主流喷管直径一定而混合管直径(D2)不同的条件下,混合管内的流动状态有所不同;当D2=250 mm时,混合管内的流动为过度发展状态,随着主喷管与混合管间距离(a)增大,射流半厚度经扩展后过早附着在混合管壁,其引射系数和引射流量随a值增加而增大,当增至最大值后逐渐减小,随着主流流量的增加,引射流量增大而引射系数变化不大;当D2=300 mm时,混合管内的流动为充分发展状态,随着a值增大,射流半厚度经扩展后在a=300 mm时恰好在混合管出口处附着于混合管壁,其引射系数和引射流量随a值的增幅逐渐变缓;当D2=350 mm时,混合管内的流动为欠发展状态,随着a值增大,射流半厚度经扩展后在混合管出口处仍未附着于混合管壁,引射系数和引射流量随a值增加而增大.     

引射混合式加热器运用于火电厂的实验研究

为解决目前火力发电厂中低压加热器存在的问题,设计了一种能够用于火电厂的两级引射混合式低压加热器,并用实验方法研究了该加热器的加热性能,分析了工作流体压力、引射流体压力和进水温度对其引射系数、出口温升以及加热效率的影响,并对单级引射和两级引射两种结构形式的加热能力进行了对比.结果表明,在定蒸汽压力的条件下,工作流体压力越高,引射系数越小,出口水温降低,加热效率升高;当进水温度较低时,引射系数较大,加热效率较高;并且两级引射的加热效果明显优于单级引射,平均温升提高20%以上,加热效率高达99%,其加热性能优于传统的间壁式低压加热器,可望在火力发电厂混合式低压加热器中应用.     

基于CFD模拟的喷射泵操作参数对泵抽气性能的影响

通过CFD方法讨论了不同操作参数对喷射泵内部流体的流动特性及泵抽气性能的影响.随着工作蒸汽压力的增加,在壅塞位置处,被抽气体过流面积变化减小,马赫数、引射系数升高,喷射泵的抽气性能增强.当工作蒸汽压力过高时,由于膨胀核的增大,被抽气体的过流面积减小,引射系数显著下降.随着引射蒸汽压力的增加,壅塞和激波向下游移动,泵抽气性能增强.此外,引射系数随着背压的增加而减小,当背压过高时,返流现象明显,泵的抽气性能急剧下降直至失效.研究结果表明,操作参数的选择不仅能提高喷射泵的抽气效率和极限排气能力,也极大地提高了喷射制冷系统的制冷效率,降低了能源的消耗.     

基于虚拟风室模型的排气引射流动三维流场的数值计算

提出了一种虚拟风室模型,以精确计算引射器在各种主流速度下的引射空气量.在数值建模中,将引射器置于一个仅具有主流和引射入口的虚拟整流风室内,通过人工调整引射入口空气流量直至引射器附近监测面积的平均总压与环境大气压相等,以预测该环境下引射器的引射空气量.求解了全三维N-S方程和k-w湍流模型,并采用多孔介质模型处理虚拟风室内的整流格栅,对不同主流速度下的引射流动进行了数值模拟.结果表明,引射空气量的计算值与已有文献实验测量结果之差小于7%,所采用的虚拟风室模型能有效预测大气环境下的引射流量.并通过流向涡和正交涡等理论对引射流动的卷吸和掺混进行了分析.     

航空燃油转输引射泵工作特性数值研究

为了能快速得到航空燃油转输引射泵的性能表现,采用CFD方法对某航空燃油转输引射泵进行了流动建模与流场分析。首先通过与邵垒等所做实验对比,验证了所用数值方法的有效性与精度;接着以数值方法为基础,深入分析了引射泵在不同操作压力比以及结构参数(面积比与喉嘴距系数)下的性能表现,得出了其对引射泵性能的影响规律。结果表明:操作压力比的不同会显著影响引射泵内部速度与压力的分布,对引射泵工作特性有重要影响;面积比的增大会在一定程度上提高引射泵的工作效率及引射能力;当喉嘴距系数等于1.4时引射泵效率最高,以最高效率下降3%为条件确定的最优喉嘴距系数范围为0.8~1.8。     

蒸汽喷射式热泵性能实验研究

对蒸汽喷射式热泵的性能进行了实验研究,测量并分析了喷射器内的压力分布,引射比变化对引射压力和压缩压力的影响,喷嘴出口至混合室入口距离与引射比,引射压力,压缩压力之间的关系,在一定的工作压力和引射压力下,提高压缩压力会引起引射比降低,当压缩压力不变时,提高工作压力将使喷射式热泵引射比增大,当引射比达到极限值后,继续提高工作压力将引起压缩压力升高,若喷嘴出口至混合室入口距离取最佳值,热泵性能最好,超过最佳值,热泵性能将急剧恶化,实验与热力学第二定律综合分析表明,喷射器Yong效率随引射比的增大而提高,其值为0．50－0．55。     

引射混合式低压加热器加热特性的实验

采用实验方法研究了由水喷嘴引射压力为0.18～0.22 MPa的水蒸汽时,所形成的汽液两相流的混合加热特性.实验表明在该进汽压力下,引射混合式低压加热器可稳定、可靠地运行,且温升效果明显,能满足电力、供暖、轻工等许多行业蒸汽加热的要求.特别是在单级引射加热不能满足要求的条件下,可以采用双级引射加热,双级在加热能力上比单极提高了20%.     

超声速轴对称双锥进气道流场数值模拟研究

超声速轴对称双锥进气道流场数值模拟的控制方程为雷诺平均可压缩纳维尔．斯托克斯（Navier-Stokes）方程,数值格式为二阶迎风格式。对弹用双锥进气道流场进行了数值模拟,得到了清晰的流场结构。数值计算结果显示：进气道在来流马赫数为2．5时有较高的总压恢复系数,但是流量系数较低,来流马赫数为3时总压恢复系数有所降低,但流量系数增加较快,此时进气道仍然工作正常。说明双锥进气道能够满足冲压增程炮弹的使用要求。     

喷射气举提升性能实验分析

由于传统气举提升效率较低,笔者设计出环形射流泵结构的喷射气举,建立了一套气举提升实验装置,选用精筛选的河沙作为提升对象,实验研究了进气量、浸入率等因素对喷射气举扬水量、扬固量的影响规律,对提升管内的流动形态进行了分析,并对传统气举和喷射气举的扬固能力进行对比;运用能量守恒定律建立了气举效率模型,对喷射气举和传统气举的扬固效率进行对比分析。结果表明:存在最优进气量,使喷射气举的扬固量和扬水量最高,浸入率越大,喷射气举的扬固量和扬水量越高,提升管内流动形态为团状流时能有效提升固液混合物;喷射气举扬固效率高于传统气举,在高进气量和低浸入率条件下尤为明显。     

垂直弹射系统弹射初始阶段内流场数值分析

针对燃气活塞弹射装置在垂直发射系统中的应用,采用计算流体软件Fluent的源项法,用UDF(用户自定义函数)编译来实现火药燃气的质量、动量、能量向高压室的注入,对弹射初始阶段高压室和低压室内燃气流场进行了数值分析,得出以下结论:高压室压力在破膜前快速上升,破膜后缓慢上升的趋势,在高压上下两端压力应力集中,低压室呈中间和两端压力应力集中现象,同时高压室形成的低速燃气经导管产生激波形成超声速燃气流撞击低压室,并分析了压力和速度对弹射装置的影响。计算结果表明,该方法能够较好地仿真弹射装置燃气流场的特性,为弹射装置优化设计和装药设计提供理论依据。     

火箭强噪声模拟装置气声功率特性分析?

建立了火箭强噪声模拟装置气声功率特性计算模型。仿真分析了喷喉截面积比、激励信号频率、激励信号幅值、音环质量对火箭强噪声模拟装置气声功率比的影响。仿真结果表明,气动声源气室总压、喷喉截面积比、激励音频信号幅值增大,气动声源激励音频信号频率、音环质量减小,则气声功率比增大。气室总压高的工况比气室总压低的工况气声效率增大幅度要大一些。仿真结果为火箭发动机噪声模拟装置的改进设计提供了理论数据。     

利用壅塞原理均匀分配高炉各风口的喷煤量

应用纯气体的壅塞原理,对由空气和煤粉组成的气粉两相流的壅塞现象进行了理论和实验研究,提出了一种基于壅塞原理的可均匀分配高炉喷吹煤粉流量的新方法.结果表明,在现有高炉喷煤系统的各输送支管前安装一组具有相同几何尺寸的“喉形喷管”并满足适当压力条件时,两相流将在各喷管内发生壅塞流动.此时,其流速和流量将保持一致且不受后续管路条件不同的影响,从而可起到均化喷煤量的作用.实验测定了质量流量与出口压强的关系,定义了临界压强比可作为判定壅塞发生与否的依据,并找出了临界压强比与固气比之间的变化规律,给出了实用喷管的选择依据和使用条件.     

固体火箭冲压发动机一体化燃烧特性数值分析

为研究固体火箭冲压发动机性能,采用计算流体力学方法对包含进气道及补燃室的一体化燃烧流场进行数值分析,研究可燃燃气进口条件、飞行攻角以及进气道与补燃室过渡连接方案对补燃室掺混燃烧的影响。研究结果表明：燃气流量为0.08 kg/s时,燃气射流出现偏移,补燃室两侧壁面温度相差较大,燃气流量为0.3 kg/s时,燃气偏移现象基本消失;随着燃气流量增大,发动机推力增加;攻角增大使得进气道流量系数增大,强化空气与燃气混合燃烧效果,并最终提升发动机推力。进气道与补燃室的过渡连接方式影响进气角度,通过改变过渡连接方式将进气角度从50°增加至90°后,燃气流量为0.3 kg/s时,发动机推力提高10%,但会导致补燃室总压损失增大,发动机比冲降低2%。     

旋涡流化床空气动力场和气体混合试验研究

对旋涡流化床气固两相流中的气体流场和混合进行了试验研究和理论分析,探明了二次风率和喷射角对悬浮空间流场结构和回流流动的影响。用气体示踪技术首次系统地研究了旋涡流化床悬浮空间内气流横向扩散与混合的基本规律,探讨了气流结构和形态对传质过程的影响,得出了二次风射流的穿透深度和气流横向混合速率对喷射角的强烈依赖关系,研究结果表明,旋涡流化床悬浮空间喷入二次风后氧浓度的径向分布与颗粒浓度分布的规律相吻合,满足了高浓度燃料区需要高氧量的燃烧要求。     

关于多级火箭的优化理论(16)

以不带助推火箭的二级火箭为例指出，火箭各级的喷气速度越大越好，火箭各级的yi／xi越大越好，第一级火箭越大越好，但是对第二级火箭而言，就不一定是越大越好。     

前混合磨料水射流连续加料系统设计与实验研究

针对现有前混合磨料射流系统不能实现磨料连续供给的问题,提出利用射流泵原理抽吸和混合磨料实现连续加料的新思路,即利用有压水从射流泵喷嘴以一定速度喷出而引起的负压场卷吸磨料进入射流泵内的混合腔,并与水混合后经喉管和扩散管进入高压胶管,最后经切割喷嘴加速后喷出,形成连续磨料水射流。为使系统性能最优,分析了连续加料系统的结构组成及工作原理,并设计了系统的结构与尺寸;运用数值模拟方法对影响连续加料与射流性能的主要因素——切割喷嘴与射流泵喷嘴面积比进行优化设计,分析了其对系统性能的影响规律,确定了其最优取值范围;通过室内压力测试、连续加砂及切割试验对系统性能进行了验证,结果表明,在合适的面积比结构下,该连续加砂系统在磨料入口能形成负压及足够的压力梯度,将磨料吸入并加速,且在切割喷嘴端仍然保留足够的静压转化为动能,实现前混合磨料水射流的连续高效作业。