可压缩轴对称冲击射流流场的数值模拟

数值模拟一种可压缩轴对称冲击射流。所构造的数值模拟方法是:直接求解柱坐标系下的二维可压缩Navier-Stokes方程的差分离散方程,其中对流项采用基于非等距网格上的五阶精度迎风紧致型差分格式,黏性项采用基于非等距网格上的六阶精度对称紧致型差分格式,时间项采用3步三阶精度Runge-Kutta方法。模拟不同雷诺数、马赫数条件下冲击射流大尺度涡结构的演化过程。结果表明:流体从喷嘴射出后卷起形成一个独立的大尺度负涡,即初生漩涡,它会在壁面处逐渐激发出一个具有正涡量的壁面二次生成涡;初生漩涡和二次生成涡互相旋转挤压,壁面二次生成涡的力量很快占优势,带动初生漩涡向流场内部发展;随马赫数的增大,初生漩涡具有更强的力量,抑制了壁面二次生成涡和其他小尺度负涡的发展;随雷诺数的增大,初生漩涡的力量有所减弱,促进了壁面二次生成涡和其他小尺度负涡的发展。     

缝隙冲击射流淬火对流换热的影响因素

采用有限元方法对非淹没缝隙射流冲击区单相对流换热进行数值模拟.结合辊式淬火冷却的特点,分析了缝隙射流冲击区对流换热的影响因素如射流速度、射流出口距冲击板的距离(高度)、喷嘴宽度、射流出口速度方向与冲击板之间的夹角、水温等.结果表明:在淬火100 mm厚钢板时,经济实用的工艺参数为射流速度40～45 m.s-1,射流出口距冲击板的距离(高度)20 mm,喷嘴宽度2 mm,射流出口速度方向与冲击板之间夹角45°,水温10～35℃.     

倾角对湍流狭缝冲击射流流动与传热性能的影响

为了研究倾斜冲击射流的流场结构和传热性能,采用SIMPLE算法和RNGk-ε湍流模型,对三种入射角度下的狭缝湍流冲击射流进行了数值模拟。结果表明,由于射流的卷吸以及上封闭板的作用,在流场两侧的流出区域分别形成了一个环形的回流区。当射流倾角减小时,左侧回流区的范围变小,而右侧的回流区增大。流场中的低温区以及冲击表面压力系数最大值和局部Nu最大值的位置也都随着倾角的减小而向流场的左侧偏移。当倾角减小时,冲击表面压力系数最大值降低,局部Nu最大值没有明显的变化,射流与冲击面之间的平均传热率降低。     

合成射流流动与传热特征的数值模拟

采用RNGκ-ε模型和PISO算法,通过求解三维N-S方程,对腔体右侧振动膜片运动的二维合成射流流动与传热特征进行了数值模拟.模拟结果显示由于激励器在右侧振动膜片的作用下,合成射流产生的喷射气流在喷口中心右边速度稍大于左边速度,形成不对称射流流场;射流冲击壁面的速度峰值出现在中心区两侧,使得射流冲击换热的Nu数形成相应的峰值;随着合成射流冲击距离Z/do的增大,其对流换热系数出现先增大后减小的变化规律,当冲击距Z/do=20~30 mm时冷却效果较佳.     

不同湍流模型比较模拟撞击流

构造了计算撞击流流场分布的数值简化模型,并用有限容积法对间距为H的两个对置平板喷嘴间的湍流作用区域进行数值模拟研究．数值模拟采用了三种湍流模型：标准的k-ε模型、RNG k-ε模型（renormalization group k-ε model）以及雷诺应力模型．数值模拟数据的有效性通过将模拟结果与由对环境温度下两对置喷嘴之间的撞击流试验的结果比较得到证实．通过与实验数据的比较发现,由于考虑了平均流动中的旋转及旋流流动情况,RNG k-ε模型在撞击流区域获得的结果要好于用标准k-ε模型和雷诺应力模型获得的结果．     

特厚钢板阵列射流淬火的表面换热

采用特厚钢板专用辊式射流淬火试验装置和多通道钢板温度记录仪,测试出射流速度3.39~26.8 m·s-1、雷诺数12808~117340、水流密度978.7~6751.5 L·(m2·min)-1条件下,84 mm厚钢板淬火冷却曲线;进而基于反传热修正方法计算高温钢板淬火过程壁面温度和热流密度,描绘出沸腾曲线,分析多束圆孔阵列射流对特厚钢板淬火表面换热的影响.结果表明:射流速度、水流密度等参数影响钢板表面射流滞止区和平行流区换热机制,进而影响最大热流密度分布.射流速度较低时,壁面平行流区观察到混合换热和"热流密度肩"现象;随射流速度增大,膜沸腾换热机制消失,最大热流密度移至较低壁面过热度处.相关研究将对特厚钢板淬火过程温度场计算和组织性能调控提供有益的帮助.     

弹体侧向喷流流动干扰数值模拟与分析

通过求解三维N-S可压缩方程,对弹-翼组合体的侧向喷流流场进行数值模拟.研究了不同喷口位置,不同喷流压力下的干扰流场.分析了流场结构,研究了流场干扰与气动力干扰的关系.结果表明,在超音速流场中,喷口位置的不同,会带来喷流放大因子的变化.喷口位置相对于翼偏转,即喷口与翼面的夹角增大,喷流放大因子相应增加,侧向喷流的控制效果更好.     

低度欠膨胀超音速圆盘止推气体轴承缝隙射流的数值模拟

采用SSTk-ω湍流模型,对高压圆盘气体轴承出流气体形成的低度欠膨胀超音速圆盘缝隙射流流场进行数值模拟。结果表明,低度欠膨胀超音速圆盘射流起始段1的流场波系,与低度欠膨胀超音速轴对称射流类似;起始段2中由于黏性作用逐渐深入核心区,使核心区宽度持续减小。进入亚音速基本段之后,核心区消失,射流对称面上速度持续下降,直至出现滞止区。与此同时,缝隙射流发生规则分离,两股气流偏离滞止区向两侧流动,在射流左右两侧的远场形成规则对称的两个大尺度环状漩涡。     

半封闭圆管冲击射流湍流换热数值模拟

采用标准κ-ε模型、RNGκ—ε模型结合壁面函数以及低雷诺数κ—ε模型，对半封闭圆管冲击射流流场的平均速度、湍动能分布和Nu数分布进行了数值计算，并将此3种模型的计算结果与文献中的测量结果进行了比较．结果表明：3种湍流模型都未能完全准确地预测冲击射流场的流动特性与传热特性，其中标准κ—ε模型和低雷诺数κ—ε模型的结果很差，而RNGκ—ε模型的结果与其它两种模型相比更接近实验值。     

Skin friction and heat transfer of liquid jet over a continuous moving horizontal hot plate

The skin friction and heat transfer occurring in the laminar boundary layer which caused by a vertical liquid jet impinging on a continuously moving horizontal plate were studied. Similarity solutions for shear stress and heat distribution were obtained by using the shooting technique. The results shows that the skin friction decreases with an increase of velocity parameter, the evolving of thermal boundary decrease with increasing in Prandtl number, but increase with increasing of velocity parameter.     

提升管内多股交叉射流的数值模拟

在内径为186 m的提升管冷模装置上,对单个及两个喷口横截面为40 m×10 m的矩形喷嘴,采用k-ε双方程湍动模型,通过对喷嘴出口边界条件的修正,进行了气相流动的数值模拟.射流气速为41.67 m/s,提升管底部来流气速为7.16 m/s.模拟结果显示,射流影响区约在喷嘴上方1.4 m处结束,根据射流流体在提升管内的流动形态,沿轴向可将其分为核心区,偏折区和发展区;射流的外轮廓为瓮形.模拟结果与实验结果相吻合.     

尾水河道冲击射流数值模拟研究

对具有工程意义的挑射水流冲击射流导致的尾水河道三维紊流流场进行了数值模拟,计算中考虑了固体边界条件和自由水面条件对水流结构的影响,计算结果表明所采用的数值方法是可行的。结果是合理的。     

高温、高速冲击射流传热特性的影响因素分析

为了研究高温、高速燃气射流冲击导流板的传热特性,对高温、高速燃气射流冲击传热特性进行仿真和实验研究,确定了SST-SAS模型的准确性.在此基础上,研究了不同入口条件（湍流强度、口径、速度/温度比）,及板间距、倾斜角度、板体温度等因素对板面Nu数分布、高温冲击面积的影响,并对高温冲击区的平均Nu数进行了统计分析,结果表明:湍流强度、速度温度比、板间距和倾斜角度对板面Nu数分布以及高温冲击面积产生较大的影响,而入口口径和壁面温度对其影响不大;并且高温冲击面积的平均Nu数的变化与高温冲击面积的变化正好相反,且数值比低温、低速冲击射流的Nu数高1个数量级,取值范围为1 321～3 873.      

基于格子玻耳兹曼的等离子射流场数值模拟

采用格子玻耳兹曼(LB)方法建立了等离子射流温度场和速度场的计算模型，与传统数值方法相比，LB方法具有直观的物理背景．用正六边形7-bit网格划分计算区域，通过选取适当的两套平衡分布函数和采用Chapman-Enskog展开及多尺度技术导出了等离子射流场的宏观方程，并将计算结果与已有文献的实验结果进行了比较，验证了计算模型的有效性；计算结果表明，减小紊流粘度可以提高射流的能量密度和有效长度．     

提升管内多股交叉射流的数值模拟

在内径为186 mm的提升管冷模装置上,对单个及两个喷口横截面为40 mm×10 mm的矩形喷嘴,采用k-ε双方程湍动模型,通过对喷嘴出口边界条件的修正,进行了气相流动的数值模拟。射流气速为41.67 m/s,提升管底部来流气速为7.16 m/s。模拟结果显示,射流影响区约在喷嘴上方1.4 m处结束,根据射流流体在提升管内的流动形态,沿轴向可将其分为核心区,偏折区和发展区;射流的外轮廓为瓮形。模拟结果与实验结果相吻合。     

喷嘴内液固两相射流流场的数值模拟

基于连续介质理论，考虑了液固两相间的相互作用，给出了喷嘴流道内液固两相射流的控制方程，利用标准的k-ε两方程模型对磨料射流喷嘴内流场进行了数值模拟研究，并对模型中的主要参数进行了优选。研究结果表明，水与磨料颗粒之间存在速度滑移，在相间力的作用下磨料颗粒一直作加速运动，颗粒速度逐渐趋向水的速度；进入喷嘴收缩段后，水与磨料颗粒同时得到加速，但由于惯性力的作用，达到相同速度磨料颗粒的加速过程要长；进入直柱段后，液相速度继续增加至最大速度，此后缓慢降低，而磨料颗粒在整个直柱段内一直加速，液固两相的速度差逐渐减小，直至从喷嘴喷出；喷嘴出口处液固两相的速度剖面近似为抛物线形，在喷嘴截面中心处速度最大，沿径向逐渐减小，离壁面越近，速度降低的幅度越明显。与前人的研究结果对比发现，模拟所得的结果是正确的。     

喷嘴内液固两相射流流场的数值模拟

基于连续介质理论,考虑了液固两相间的相互作用,给出了喷嘴流道内液固两相射流的控制方程,利用标准的k-ε两方程模型对磨料射流喷嘴内流场进行了数值模拟研究,并对模型中的主要参数进行了优选。研究结果表明,水与磨料颗粒之间存在速度滑移,在相间力的作用下磨料颗粒一直作加速运动,颗粒速度逐渐趋向水的速度;进入喷嘴收缩段后,水与磨料颗粒同时得到加速,但由于惯性力的作用,达到相同速度磨料颗粒的加速过程要长;进入直柱段后,液相速度继续增加至最大速度,此后缓慢降低,而磨料颗粒在整个直柱段内一直加速,液固两相的速度差逐渐减小,直至从喷嘴喷出;喷嘴出口处液固两相的速度剖面近似为抛物线形,在喷嘴截面中心处速度最大,沿径向逐渐减小,离壁面越近,速度降低的幅度越明显。与前人的研究结果对比发现,模拟所得的结果是正确的。     

平板尺寸对NexGen燃烧器冲击射流换热特性的影响研究

NexGen燃烧器是美国联邦航空管理局(federal aviation administration,FAA)指定的用于动力装置防火试验的燃烧器。为了研究平板尺寸L与冲击间距Z之比(L/Z)为4、5和6的情况下对平板的温度、努塞尔数和热流分布的影响,采用商用Fluent软件模拟了NexGen燃烧器火焰射流冲击平板的过程,分析了火焰冲击平板的流场;并对不同L/Z下平板的表面温度、努塞尔数和热流的分布规律进行了研究。同时,对平板表面危险点的分布情况做出了预判,得出危险点主要集中在以平板几何中心为中心的0.15 m×0.2 m范围内。     

缝隙冲击射流换热数值模拟

采用标准k-ε模型对非淹没缝隙射流冲击区单相对流换热进行数值模拟.考虑冲击区对流换热的因素有射流的速度、射流出口距冲击板的距离(高度)、喷嘴的宽度、射流出口速度方向与冲击板之间的夹角、冲击板的温度及水温等.研究结果表明:射流速度对冲击区的换热影响最显著,其次是水温及喷嘴的宽度,而射流出口速度方向与冲击板的夹角只影响局部换热系数的分布.     

水射流切割粘弹性药柱的仿真研究

针对要求安全性高的水射流切割药柱操作,研究了如何安全有效的切割清除固体火箭发动机药柱问题。为改善和优化影响切割效果和安全性的射流器工艺参数,提出了基于LS-DYNA软件对五种不同条件下水柱冲击药柱的仿真方案。通过分析,得出水射流切割药柱的机理和合理的切割工艺参数。结果表明,喷口直径越大,导致切割深度越大但对药柱表面压强影响不明显。射流速度越大,导致切割深度越大并且药柱表面压强也越大。采取倾斜切割方式为佳。验证了仿真方案的有效性和实用性。