竖直环管内低压水过冷沸腾数值模拟

采用Unal机理模型修正高压工况下气泡脱离直径的Tolubinsky关系式,并以基于有限元的有限容积法的CFX5.7为基本框架,通过添加用户程序实现了低压环管内水过冷沸腾的数值模拟.针对Lee的实验工况分析了过冷沸腾网格无关性的依据,研究了非曳力包括升力、湍流耗散力、壁面润滑力对径向空泡份额分布的影响,验证了模型在宽广工况范围内的适用性.计算表明:当进口过冷度及质量流速较小时,会在出口截面近壁面区域形成空泡份额的峰值,而进口过冷度或质量流速较大时则不会在出口截面近壁面区域形成空泡份额的峰值,这一点是与实验结果相一致的;液相流速的预测值与实验值较为接近,而气相流速预测值在加热面附近与实验值偏差较大.     

5 MW核供热堆高欠热沸腾的特性研究

通过在子通道分析程序ＣＯＢＲＡ－ⅢＣ／ＭＩＴ２中引入能够计算高欠热沸腾区空泡份额的Ｂｏｗｒｉｎｇ模型，定量验证了５ＭＷ核供热堆（ＮＨＲ－５）功率运行时高欠热空泡的存在，且额定工况下堆芯平均空泡率为１．０６×１０－２，并研究了这类空泡的产生及其分布特征。以此为基础，在冷却剂系统分析程序ＲＥＴＲＡＮ－０２中补充高欠热沸腾计算模型，对负荷自跟随特性实验和自稳定性实验进行了分析计算，给出了分析结果与实验结果的比较。同时还研究了高欠热空泡的反应性反馈在动态过程中的作用及其特点。     

汽液两相流中的声速研究

导出了汽液两相流系统中的波数Ｋ方程。假设在特定的空泡份额下发生流型转化，分别采用不同的表达式计算泡状流及环状流区域相间界面面积及界面摩擦切应力，并提出计算弹状流区域相间界面面积及界面摩擦切应力的经验方法，通过解傅里叶边界层导热主获得界面热负。作者们编制了计算程序，在压力Ｐ＝０．０７～１６．０ＭＰａ，空泡份额ａ＝０～１．０，角频率ｗ＝１～１０＾８Ｈｚ的参数范围内进行了计算。将低压声速ａ的部分计算结果     

漂移模型参数对两相流分析的影响

分析了５ＭＷ核供热堆热工水力学模拟实验回路ＨＲＴＬ－５中的两相流及两相流稳定性特性。指出在采用带有质量，蒸汽质量，能量及动量守恒方程的一维两相流漂移模型分析时，空泡份额分布参数Ｃｏ及漂移速度Ｖｖｊ的选择对系统稳态及动态分析结果都会产生很大的影响。其中Ｃｏ对稳态流量的计算结果影响不大，通常可以忽略。在Ｖｖｊ为０．０～０．６ｍ／ｓ的范围内，Ｖｖｊ对稳态流量的计算结果有６％的影响，但对加热段出口空泡份额的影响却有５３％。均匀流模型（Ｃｏ＝０．０，Ｖｖｊ＝０．０）与漂移流模型（Ｃｏ＝１．１，Ｖｖｊ＝０．４８）对两相流稳定边界的预测相差１５％。本研究选用Ｃｏ＝１．１，Ｖｖｊ＝０．４８。漂移模型对系统稳态及动态的分析结果都与实验值相吻合。     

包壳材料对SCMR堆芯物理参数的影响研究

建立混合能谱超临界水冷堆（SCMR ： Super-Critical Water-cooled Mixed-Reactor）堆芯物理模型;计算了不同包壳材料时,堆芯有效增殖系数、剩余反应性、缓发中子有效份额和空泡反应性等堆芯参数,并对计算结果进行了分析比较．结果表明：从反应堆物理设计的角度考虑T-91钢作为包壳材料,具有较好的物理响应特性,为混合能谱超临界水冷堆的设计提供了理论基础．     

自然循环两相流气空间对稳定性影响的机理

气空间在核反应堆及各类热能动力装置是不可避免的,为解决其对系统流动稳定性的影响,在清华大学核能技术设计院的热工水力模拟实验系统上做了实验。结果表明,气空间容积较小时流动稳定性强。通过分析参量之间的关系式,提出气空间容积对系统中重要参数之间反馈关系的影响机理： 气空间容积小,则其压力对系统扰动较为敏感。压力的改变通过对入口欠热度和空泡份额的影响抑制了流量的波动。     

小攻角下水下高速射弹的空泡形态特性

基于流体计算软件Fluent,在小攻角小空泡数下对高速射弹形成自然超空泡的空泡形态特性进行了数值仿真研究。采用二维求解器计算了某口径高速射弹超空泡流形态,并与SCAV软件计算结果进行了比较分析,二者吻合较好,验证了计算模型与参数选择的正确性;采用三维求解器对非零攻角下高速射弹的超空泡流动特性进行了模拟,给出了射弹的超空泡轮廓和射弹表面的空泡厚度分布曲线,分析了小攻角对高速射弹空泡形态特性的影响规律,攻角严重影响超空泡的对称性。研究结果为进一步研究水下高速射弹的水动力特性和弹道特性等问题提供了理论基础。     

轴对称体空泡流的噪声特性与空泡界面瞬态特征

在空泡流发展的各个阶段 ,空泡呈现各种不同的流动特性和界面特征 ,且空泡流噪声与其界面的流动特征具有强烈的相关性 .本试验通过对半球头和 45°锥头轴对称体空泡流噪声测量和观察 ,运用总声级分析了空泡流发展各阶段的噪声特性 ,并与高速摄影记录的相应空泡界面特征进行比较后发现 ,空泡界面瞬态特征的演化将导致空泡流噪声总声级随空泡数演化趋势的变化 ,并参考二维空泡流归纳了轴对称体空泡流的瞬态特征     

压缩性对亚声速圆盘空化器超空泡流动的影响

以超空泡射弹为研究背景,分析了水的压缩性对亚声速圆盘空化器超空泡流场的影响,基于势流理论建立了理想可压缩超空泡流场数学模型并进行数值求解.计算了极低空泡数(10-4量级)的超空泡流动,在此基础上分析了压缩性对超空泡形态和射弹阻力系数的影响.结果表明:在亚声速条件下,流体压缩性使超空泡外形膨胀,阻力系数增加;计算结果与试验数据和经验公式符合较好.     

毛细管内制冷剂的综合成核理论与模型

对毛细管内制冷剂的闪蒸机理提出“综合成核”理论，从该理论出发，建立了毛细管内制冷剂流动的数学模型，包括气泡密度模型，气泡成长模型和毛细管内制冷剂闪蒸流动数学模型，计算出了管内制冷剂闪蒸流动过程中的压力，温度，气泡密度，干度和空泡份额的分布，并对计算经进行了理论分析，结果表明，在实际闪蒸的流动过程中，由于流体的过热度较小，壁面成核是气泡产生的最主要原因。     

均压气体对出筒空泡影响研究(英文)

采用数值方法对潜射弹道导弹带均压气体出筒非稳态空泡流进行了研究.基于连续性方程,动量方程,理想气体状态方程,均质平衡流空泡模型和Realizablek-ε湍流方程,并结合动网格技术,实现了潜射导弹带均压气体出筒过程数值求解.得到了出筒空泡的演化规律、形态特征和内部结构,分析了出筒加速度对空泡内部组的影响,提出了判定出筒空泡的稳定性依据,并与文献中的理论分析结果进行了对比验证.研究结果表明,出筒空泡组成是一个由以气相为主向以水蒸汽相为主的转变过程;出筒空泡的稳定性与气体的弹性系数β密切相关,当1≤β≤2.645时,空泡是稳定的,而当β≤2.645时,空泡将失稳.     

超声速圆盘空化器超空泡流动数值计算方法

以超空泡射弹为研究背景,为分析在超声速条件下水的压缩性对圆盘空化器超空泡流场的影响,基于理想可压缩流体势流理论,提出了一套有限体积数值计算方法.采用可压缩流体满足的连续性方程和Tait状态方程,结合Riabouchinsky超空泡闭合模式,提出了针对超空泡流场反问题的一种求解方法.根据超空泡表面不可穿透条件,设计了一种新的超空泡外形迭代方式.在解决超声速圆盘空化器超空泡流场计算问题的基础上,分析了压缩性对超空泡形态和阻力系数的影响.在超声速条件下（马赫数为1.0~1.2）,流体压缩性将导致超空泡前后略微不对称,前端比尾端截面更窄,空泡最大截面略微向后移;在相同空泡数下,随着马赫数的增加,空泡长细比逐渐增加,压差阻力系数也不断增加.计算结果与经验公式及有关文献结果吻合较好.     

矩形窄缝通道泡状流向弹状流流型转化研究

在高温空气加热矩形窄缝通道（高1min、宽20mm和高2min、宽20mm）实验的基础上，对其水一水蒸气汽液两相流中的泡状流向弹状流转化进行了理论研究．在漂移流模型的基础上得出了泡状流向弹状流转化的流型转化准则，并与实验数据进行了初步比较，二者符合较好．研究发现：在此实验条件下，泡状流向弹状流转化时的空泡份额值要大于以前研究文献中给出的值；转化时空泡份额的值会随着热流密度的增大而减小．研究的结果对于反应堆换热元件的设计和运行以及安全分析均具有重要的意义．     

水下主动通气空泡包裹水射流实验研究

为了探究水下通气空泡包裹水射流的气液两相流流动特性及相关影响因素,在矩形透明水箱中,进行了气体射流包裹液体射流的两相流实验,利用高速相机记录了两相流以及通气空泡形态与运动状态.重点分析了通气空泡的运动及演化过程,定量分析了通气空泡形态的变化规律.研究结果表明,通气空泡的包裹可以显著增加水射流在水下的流程,但空泡的形态与...     

圆柱型后体对圆锥垂直入水空泡的影响

基于VOF(Volume of Fluid)方法和有限体积法求解气、水两相流动的RANS方程,并结合动网格技术,对带圆柱后体的圆锥垂直入水空泡进行了数值研究.将球体垂直入水早期空泡形态的数值计算结果与A·May的理想空泡模型拟合结果进行对比分析,二者具有较好的一致性,验证了数值计算方法的有效性.在此基础之上,进一步研究了带圆柱后体的模型垂直入水空泡生成过程,分析了有、无圆柱后体和不同后体长度对匀速垂直入水空泡的影响.给出了不同长度后体匀速垂直入水空泡内部流场的分布,以及后体对匀速垂直入水空泡闭合和空泡最大直径等的影响和表面闭合时间的影响规律.     

水下高速航行体自然超空泡形态特性仿真研究

为使水下高速航行体获得减阻量,基于均匀多相流假设,建立了水下高速航行体自然超空化流动的多相流计算流体力学模型.应用商业软件Fluent 6.2进行了水下高速航行体自然超空泡计算,对比分析了带圆锥和圆盘空化器的两种高速航行体形成超空泡的空泡长度、空泡直径、空泡含汽率和航行体表面的空泡厚度等超空泡形态特性.数值模拟了带圆盘空化器头部航行体的超空泡流发展过程,获得了航行体的超空泡形态变化特性.仿真结果表明:圆盘头形空化器有利于航行体超空泡的形成;超空泡的相对直径与相对长度随空化数增加而减小;在水下高速航行过程中,航行体形成稳定超空泡的长细比非常高,随着航行体速度的衰减,其超空泡迅速出现不稳定状态.     

变速航行体自然超空泡形态与记忆效应研究

为了快捷地得到变速航行体非定常超空泡形态,探索记忆效应对空泡形态的影响,基于空泡截面独立扩展原理、空泡镜像闭合模型和航行体动力学方程,利用相对时间轴与绝对时间轴、惯性坐标系与弹体坐标系之间的关系,推导了航行体在恒定推力下及匀变速情况下自然超空泡形态的解析解,获得了空泡形态的特征量的表达式.利用经验公式,对所得的惯性运动航行体的空泡形态公式进行了验证;并结合算例分析了射弹和匀变速航行体超空泡的记忆效应,得到了空泡数、空化器尺寸和加速度对其空泡记忆效应的影响规律:当空泡数越小、空化器半径越大、加速度绝对值越大时,记忆效应越明显.     

固体颗粒和空泡的Lagrangian模型

建立了固体颗粒和空泡在不可压缩流体任意流场中运动的Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ模型，考虑了浓度等因素对固体颗粒和空泡运动的影响，给出了计算固体颗粒和空泡的数值方法，并模拟了一水泵叶轮中的固体颗粒和空泡运动，得出了水泵叶轮流场中固体颗粒和空泡的运动特性，为分析水力机械的磨损提供了可行的数值模拟方法．     

出水超空泡的形状与弗劳德数影响的实验研究

潜射导弹/射弹超空泡出水时超空泡与界面的作用机理目前还不完全清楚,而非定常流重力作用下的超空泡形状的描述也需要进一步探讨。为此,进行了水下高速射弹超空泡出水的实验研究,用高速摄影仪拍摄了航行体出水过程中空泡形状变化的图像,测量分析了各种不同头型航行体诱导的空泡尺寸、轮廓和生成溃灭形态的变化规律,并将研究结果与已有的理论公式和半经验公式进行了对比。研究表明,对所研究的工况,Savchenko半经验公式的适用范围可以扩展到空化数小于0.12;此外,实验测得的超空泡归一化长度亦高于考虑弗劳德数影响的Vasin的理论值,文中采用一系数对该公式进行了修正。实验研究还发现,航行体头型对超空泡的尺寸影响较大,超空泡与自由液面接触后,空泡直径有一定程度的增大。     

超空泡航行体最优控制建模与仿真

基于空泡独立膨胀原理分析了超空泡航行体在小机动条件下空泡轴线的偏移,详细计算了航行体各部分流体动力,建立了超空泡航行体纵向运动非线性动力学模型.针对该模型存在严重的动态耦合与操纵耦合,利用精确线性化方法进行了解耦处理,进而设计了最优控制器,实现了对航行深度的渐进跟踪控制.仿真结果表明:该控制系统能够有效地跟踪深度信号,具有良好的控制品质;航行体能稳定在空泡内而不与空泡壁面接触.