液氮管道排空过程CFD模拟及分析

为研究低温管路中低温液体的排空过程,采用计算流体力学(CFD)方法中非稳态流动以及流体体积(VOF)模型对管路中液氮向外排空过程进行模拟计算,并将模拟结果与实验结果进行对比验证.模拟结果显示,当氮气质量流量较小时,氮气虽然会在一定时间内到达出口,但管道底部仍存有液氮,出现分层现象.这就需要通过氮气带进的热量使液氮受热蒸发排空,致使完全排空时间变长.随着氮气质量流量的增大,排空时间变短.当氮气流量增加到一定数值时,管道底部无液氮残留,可以直接完全排空.该研究结果可以同时为排空低温液氢等危险流体提供理论指导.     

高炉下部液体分布的试验研究

采用4种填料和2种液体模拟高炉下部的流动状态,在填充床内对液体的分布特性进行了试验研究.结果表明,液体分布与液体流量和初始分布无关,其主要取决于填料自分布性能和液体性质.填料的形状系数越小、直径越大,向外偏流的趋势越明显;液体的密度越大、黏度越小,则不容易发生偏流.即使无煤气流的影响,高炉内炉渣也容易向炉墙附近流动.试验范围内液体以溪流形式流动,而不是呈散滴状流动.     

生物小样品在过冷液氮中的动态传热问题

分析了小样品在过冷液氮中快速冷却的特点,分别采用经典的抛物型热传导方程、C-V模型和DPL模型来描述其传热过程,采用有限差分法对生物小样品在过冷液氮中的动态传热过程进行了数值求解。结果表明,非傅立叶模型较傅立叶模型有一定的时间延迟,但DPL模型与C-V模型差别不大,样品在冷却过程中,温度在70 ms时降至-200℃以下,提高弹射初始速度和增加液氮过冷度有利于提高冷却速率。     

超声速细长锥型射弹超空泡流动数值计算方法

基于超声速细长体运动理论,采用理想可压缩流体无旋定常流动以及超空泡尾部Riabushinsky闭合方式假定,建立了描述水下超声速条件下细长锥型射弹超空泡流动的非线性积分-微分方程.针对超声速流动特点,发展了该方程数值离散和迭代求解的新方法,采用一阶近似解作为超空泡流动数值计算的初始解,优化了初始迭代条件,提高了计算速度和精度.通过与超空泡细长比渐近解结果进行比较,验证了理论模型和计算方法的正确性及有效性.在超声速条件下,分析了流体压缩性效应以及不同马赫数对细长锥型射弹超空泡形态、表面压力系数和压差阻力系数的影响,为超空泡射弹的弹型优化和水中弹道预报提供了理论基础.     

超流动性的孤波模型

提出超流动性的孤波模型.用液体的准晶态的谐振子模型,导出描述液体分子运动的波动方程.在一定条件下导致非线性薛定锷方程并具有孤波解,孤波的运动产生超流动现象.用液体分子振动波的相干性条件,导出超流转变温度的公式.       

低温液体-水相际传热模型与数值模拟

研究低温液体-水相际传热问题.分析低温液体与水之间的传热过程及其特性.给出一种处理问题的方法,采用可变网格法追踪低温液体-水相界面的位置,建立了适合于常压及超临界压力下的液-液传热模型.根据传热模型进行了数值计算,得出低温液体温度场分布,确定了低温液体-水相界面的生存距离.计算结果表明,在一定水压和适当的低温液体初始状态下,从低温液体-水相界面形成到完全消失需历经一段距离.     

自主水下机器人强制自航下潜的类物理模拟

为提高自主水下机器人(AUV)下潜的安全性和稳定性,需对AUV自航下潜操纵运动进行精确预报.为此提出建立载体全物理模型,模拟螺旋桨运动,编写用户自定义函数(UDF),求解雷诺平均N-S方程,实时预报载体强制自航下潜运动受力和流动特性的类物理数值模拟方法.该方法采用多块混合网格和动区域法,能提高动网格数值模拟的精度和计算效率.数值方法通过AUV自航试验的速度对比进行了验证.将该方法应用于AUV强制自航下潜模拟,结果表明:初始启动时,载体加速度较大,将导致AUV有较大纵向和垂向阻尼;在载体纵倾变化过程中,载体垂向力幅值较大且振荡,螺旋桨尾迹有扭转趋势,螺旋桨推力变化;在载体定向直航下潜中,螺旋桨推力和载体阻力较为稳定.     

二维定常固液两相流动边界层的流场计算

固液两相流动是工程实际中经常遇到的问题 ,也是流体动力学研究的重要内容之一。在流体力学中边界层的探讨对研究流体绕流物体时的流动状况、阻力损失等有着重要的意义。1　固液两相流边界层方程的推导和简化在水动力学中 ,液体在外力作用下运动 ,一般满足质量守恒 ,动量守恒定律 ,并以连续性方程和运动方程表示出来。但在不同的流动过程及所研究不同的水力机械部位 ,相应的方程有所不同。这里主要研究二维粘性定常不可压流体在边界层中的层流运动。我们作以下假设 ,颗粒体做匀速流动 ,颗粒直径ｄ <0 .0 5 - 0 .1ｍｍ ,且忽略颗粒自身的旋转…     

液体火箭发动机自然循环回路预冷非稳态数学模型

针对液体火箭发动机自然循环回路预冷过程中的非稳态流动与传热问题,构建了一组涵盖主要传热工况的管壁与低温流体间的传热模型,耦合了循环回路的释热方程和低温流体间的流动传热方程,并采用二分法迭代求解自然循环回路预冷过程中的非稳态循环流量,建立了液体火箭发动机自然循环回路预冷的一维非稳态均相流动数学模型.与已有传热模型相比,在膜态沸腾阶段引入了反环状流膜态沸腾模型和弥散流膜态沸腾模型,保证了膜态沸腾从全液相到全气相过渡过程中物理意义上的逻辑自洽性,并以输送管为例,验证了液体火箭发动机自然循环回路预冷模型的有效性.     

管路预冷的高速再淹没传热模型及数值研究

通过分析竖直管路高速再淹没传热过程的流型及沸腾曲线,研究了低温流体预冷竖直管路的高速再淹没传热特性,构建了一组涵盖主要传热工况的管壁与低温流体间的传热模型,耦合了管壁的释热方程和低温流体间的流动传热方程.修正了反环状流膜态沸腾的Bromley计算式,并针对竖直管路的液氮预冷实验工况进行数值模拟,计算结果较好反映了竖直管路的预冷降温过程.特别是在管壁温度突降点的预测上,其温度预测结果与实验数据相一致.