不同力学边界下梯度功能材料板稳态热应力

用有限元法研究了由ZrO2和Ti-6Al-4V组成的梯度功能材料板的稳态热应力问题，检验了研究方法的正确性，给出了不同力学边界条件下该材料板的稳态热应力场分布。结果表明：无限自由长板内的热应力最小；当无限长板只能伸长、不能弯曲时，板内稳态拉应力最大，比无限自由长板时板内最大拉应力增大6．1倍；当无限长板的伸长、弯曲受限时，板内的压应力最大，比无限自由长板时板内最大压应力增大12．0倍；此外，材料组分形状分布系数M、对流换热系数、环境介质温度和孔隙度的变化对不同力学边界条件下该材料板稳态热应力场的影响显著。此结果为该材料的设计和应用提供了准确的理论计算依据。     

某飞机高温区整体油箱部段三维瞬态温度场分析

首次使用MSC／Patran thermal 2001软件建立某飞机整体油箱部段三维瞬态温度场计算模型，用MSC／Nastran 2001求解器进行了模型的三维瞬态温度场分析，该模型模拟了发动机表面与导风罩之间的面一面辐射，油箱外壁对外部空间的热辐射，以及进气道冷空气与导风罩之间对流换热等多种复杂边界条件，在软件不具器单元死活功能的条件下，成功模拟了飞行过程中燃油的消耗。     

复合热条件下椭球形封闭腔内低压气体的自然对流

以填充氦气的平流层浮空器为应用背景,对非均匀复杂热边界条件下大尺寸椭球形封闭腔内低压气体的自然对流热特性与动力学特性进行了数值模拟。以Fluent软件为基础,采用用户自定义函数(UDF)自编程技术引入外部非均匀的对流-辐射耦合热边界条件,考虑了低压气体密度对压力、温度的依赖关系。分析了不同条件下腔壁与内部气体温度、对流换热特性以及流场、压力、质心变化等动力学特性,通过数据分析,获得了腔内自然对流的局部对流换热系数关联式。研究结果表明,在平流层环境下,外部非均匀热边界条件及其变化对封闭腔内低压气体的自然对流热特性与动力学特性影响很大。     

用RTR技术确定SRM燃烧室凝相粒子加入边界条件

由于缺乏有效的实验手段, 目前的ＳＲＭ 颗粒轨道模型很不完善, 其中粒子的加入边界条件完全是建立在人为假设的基础上。针对这种情况, 发展了一种以实验为基础的确定凝相粒子加入边界条件的方法, 首先利用ＲＴＲ技术对实验发动机热试车条件下凝相粒子的运动进行实验研究, 通过图象处理技术获得粒子的运动轨迹, 然后采用轨道模型法计算实验条件下凝相粒子的运动轨迹, 通过轨迹反推法给出了粒子加入边界条件。     

旋转带肋U型通道内流动与换热的数值模拟

为了获得能够模拟高参数涡轮叶片内冷通道换热效果的模型，数值模拟了旋转状态下U型通道内的流场和温度场，比较了数值模拟与实验的结果。结果表明：所采用的计算程序和模型与实验结果吻合。旋转状态下，通道内各面换热的变化是和通道内流场的变化密切相关的；哥氏力在垂直于旋转半径截面上的不均匀分布引起流动较大变化，对通道内各面换热的影响比较大。哥氏力的作用较大幅度强化指向面换热，小幅强化两侧面换热，而弱化背向面换热。对于带肋通道，总体上阻力系数随着旋转速度的增加而升高。     

重力仪散热装置的热仿真分析

随着移动平台重力测量精度的不断提高,对重力仪的温度控制提出了更高的要求。为了实现在不同温度环境下的高精度重力测量,本文设计了一种保温散热装置,为重力仪提供第一级温控。利用Fluent软件分别模拟了0℃,22℃和40℃环境温度下此装置内重力仪系统的温度场,并在此基础上,利用高低温箱完成该装置的温度性能实验,验证了此温控方案的可行性。     

飞机整体油箱三维瞬态温度场分析

介绍了飞机整体油箱三维瞬态温度场分析方法。利用MSC.Patran/Nastran thermal 2001软件,建立了飞机整体油箱三维瞬态温度场分析有限元模型。模拟了发动机表面与油箱底部的面—面辐射,油箱顶部对外部空间的热辐射,以及进气道冷空气与油箱底部之间对流换热等多种复杂边界条件。在软件不具备单元死活功能的条件下,成功模拟了飞行过程中燃油的消耗。本文的研究结果对飞行器油箱部件的热分析具有一定借鉴意义。     

大瑞利数下二维Benard对流演化过程的DSMC仿真研究

利用DSMC（Direct Simulation Monte Carlo）方法研究了大Rayleigh（瑞利）数条件下稀薄气体的二维Benard对流的特性。考察了流动的非定常演化过程及若干流动特征量随时间的变化特征，得到了与实验较为一致的结论。计算结果表明，当流动控制参数不断增大时，二维Berard对流从热传导状态过渡到热对流状态表现出明显的非定常演化特征。最后当瑞利数增大到一定程度后，注动显示出混沌的特性。     

基于控制理论的Euler方程翼型减阻优化设计

在Jameson的控制论气动优化设计思想下，应用Euler方程研究了翼型的反设计和减阻问题。设计过程中的梯度是通过求解一个伴随偏微分方程而得到的，每个设计迭代只需求解一次Euler方程和一次伴随方,一与设计变量数无关。在具体数值执行中：①利用分部积分将目标函数变分的计算转化成了类似于计算Euler方程残值的形式，节省了机器时间；②根据控制理论的要求，将减阻问题转化成了相应地修改伴随方程的物面边界条件和目标函数的变分表达，使问题得到了简化；③利用特征不变量分析法，处理了伴承方程的物面和远场边界条件。设计算例证明了本文方法可靠性好、收敛快、大大节约设计时间。     

应用Transition k-kl-ω转捩模型对内冷叶片气热耦合的数值模拟

选取NASA-Mark Ⅱ跨声速叶片为算例,研究了Transition k-kl-ω转捩模型在内冷叶片气热耦合计算中的应用,探讨了整场耦合与冷却通道内采用对流换热系数准则耦合的差异。结果表明,该转捩模型相比其它全湍流模型能够更准确预测附面层内的层流和转捩状况;由于Transition k-kl-ω转捩模型转捩前期采用层流动能来描述扰动的发展,避免了使用含有来流湍流度的经验公式,引入了"分裂机制"来描述层流与湍流脉动间的相互作用,并且在旁路转捩和自然转捩源项模化中加入了Tollmien-Schlichting波的影响,对强激波后的温度计算相比常用的间歇因子转捩模型与实验值更吻合;换热系数准则耦合用于冷却通道传热计算,避免了冷却通道边界条件带来的误差,计算结果与实验吻合较好,更易于工程应用。     

航空发动机主轴承热分析边界条件处理方法

为了提高航空发动机主推力球轴承热分析的计算精度,对轴承的摩擦发热和对流换热边界条件进行了分类及研究。应用ANSYS有限元分析软件,采用将摩擦热按体积生热率处理和将摩擦热按热流密度处理的2种不同方式,对边界条件进行了加载,分别对试验器状态的发动机主轴承进行了热分析计算,并与试验测量结果进行了对比。计算结果表明:采用表面效应单元加载热流密度的方式得到的轴承温度分布更理想,内部热点温度更集中,热点温度比按体积生热率加载的高。2种边界条件处理方法均已应用到航空发动机润滑系统热分析中,提高了航空发动机润滑系统热分析的准确性。     

微矩形槽内的单相强迫对流换热性能实验

航空电子设备集成度和封装密度的增加给电子元器件的热控制问题带来了严峻的挑战，微槽散热器是解决航空电子元器件散热的一条有效途径。本文设计制作了6种不同结构尺寸徽矩形槽道，采用航空电子设备上最常用的乙醇溶液作为冷却工质，进行了徽槽道内单相强迫对流换热性能实验，分析了流体流速、过冷度和微槽结构等对传热特性的影响。     

旋转同心双轴间流动的热态实验

某型发动机高、低压涡轮轴间环形气流通内的流动可以简化为两个独立旋转同心双轴环道内的流动问题。对其控制方程以及边界条件进行无量纲化，得出了实验准则，设计并建立了实验台，以实验方法研究了具有轴向通流的独立旋转同心双轴环道内的流动规律。结果表明，随着冷气雷诺数增大，阻力系数总体趋势减小；冷气雷诺数的影响远大于内轴和外轴旋转对流动的影响。     

用VOF方法模拟环氧树脂在毛细管中的浸润过程

为确定液体在毛细管中流动模拟的边界条件，对标准液和树脂在玻璃毛细管中的浸润实验进行了研究，获得了质量随时间增大的浸润实验曲线，并利用CFD软件VOF数值方法对毛细浸润过程进行计算机模拟，获得质量与时间关系的模拟曲线。通过比较模拟曲线与实验曲线，确定了标准液在单毛细管中浸润模拟的边界条件为静态接触角，树脂在单毛细管中浸润模拟的边界条件为动态接触角，为纤维束集合体中的轴向毛细浸润模拟奠定了基础。     

某推进剂非稳态导热及温度场特性

为适应研制火箭推进剂初始温度测量装置的需要，利用计算机数值模拟和实验方法，研究了某种火箭推进剂在第一类边界条件下的非稳态温度场，程序计算结果与实验测量值吻合较好，得出了该推进剂的非稳态温度场的变化规律及影响温度分布的主要热阻，研究子常用的推进剂最大肉厚1/2处温度与质量加权平衡温度的差别，给出了测量温度的最佳位置。     

考虑叶片径向和垂直于壁面方向导热的涡轮叶片对流冷却模型研究

为了提高涡轮叶片对流冷却模型预测精度,提出了一种在叶片固壁内同时考虑叶片径向和垂直于壁面方向(法向)导热的二维对流冷却模型。该模型在弦长方向划分多个元素,忽略元素内弦长方向叶片温度变化,在元素内的径向和法向建立二维导热方程作为叶片固壁温度场的控制方程,其边界条件包括叶表燃气绝热温度、燃气侧对流换热系数和叶片叶根、叶顶热流密度等。给出了该模型二维导热方程和边界条件的差分求解方法。以E~3涡轮高压导叶为例,将模型与CFD计算的叶片外壁面温度分布进行了对比。结果表明,该模型在给定冷气量下预测的叶片温度分布变化趋势与CFD相近,最大温度误差不超过6.5%,计算时间与CFD相比缩短了95%,能够快速、准确预测涡轮对流冷却叶片的冷气需求量。     

波瓣喷管引射-混合器的数值研究与验证

对基于Navier-Stokes方程理论预测波瓣喷管引射一混合器引射流量比的计算方法进行了探讨，在计算过程中．主流进口采用速度边界条件，二次流进口采用总压压力边界条件，混合流出口采用静压压力边界条件，两者均设置为环境大气压力，与相关实验数据的对比验证表明计算结果与实验结果仅相差10％左右；同时通过改变混合管结构参数．得到了该参数对引射一混合特性的影响规律，进一步揭示了波瓣喷管有利于强化引射一混合的内在机理，计算结果符合物理过程本质。研究表明，本文的计算方法可以有效地预测引射流量比和揭示混合流场特性。     

对转压气机叶排交界面参数传递的数值研究

针对超常规叶轮机械——对转压气机采用5种定常叶排交界面方法,结合实验值对比分析了对转压气机整机性能、近设计工况以及近失速工况流场,以定量研究不同交界面方法应用于叶排交界面的参数传递效果.结果表明:①不同交界面方法计算的整机效率性能差异明显,而压比性能与实验值吻合较好.②近设计工况下,周向守恒法在不同交界面的参数传递连续性相对较好,当地守恒法和完全非匹配混合界面法对下游界面参数的控制作用逐渐增强,一维无反射边界条件和完全非匹配冻结转子法则正好相反.③近失速工况下,一维无反射边界条件和完全非匹配冻结转子法对应的叶片前缘高熵损失区范围明显增大,叶顶主流和间隙溢流交界面扭曲成更靠近上游叶排交界面的弧形.      

两层液体Bénard-Marangoni对流的界面张力效应

采用PIV技术对两层流体Benard—Marangoni对流进行了实验研究,得到了不同厚度比下的速度场,分析了界面张力在各种对流模式中的作用。和Rayleig—Benard对流的三种临界对流模式相比,由于界面张力对上下层浮力对流的不同作用效果,使得更复杂的临界对流模式在Benard—Marangoni对流体系中出现;在实验中首次观测到三层涡胞结构等现象。     

不同热边界对超音速机翼气动热数值分析的影响

飞行器在超音速飞行时受到的气动加热效应给结构强度及热防护设计带来极大影响，且真实状态下的气动热环境需要考虑外流场与结构的耦合及内壁面边界条件的影响。采用S-A湍流模型求解Navier-Stokes方程，通过流场与固体壁面交界处的信息传递，实现外流场与结构场的耦合数值分析。针对三种不同翼型的超音速绕流气动加热进行耦合数值研究，对比翼型内壁面在不同热边界条件下的气动热效应，结果表明：不同翼型具有与气动力相似的的气动热效应；内壁面考虑对流换热的边界条件最接近真实；考虑机翼燃油箱满油时，三维机翼前缘驻点处热流密度最高可达4200w/m2。