真空热试验中红外笼对伞状天线非稳态加热过程数值仿真

文章针对真空热试验红外加热装置计算机辅助设计中的非稳态过程模拟问题,以一种较为复杂的伞状天线结构为例,以红外笼作为加热装置,对真空热试验环境下的加热过程进行数值仿真研究。采用红外笼的等效加热面模型简化仿真模型,使计算负荷可以达到工程应用的水平,同时满足模拟精度的要求。数值仿真与试验数据对比证明,所采用的计算方法可以为红外笼等红外加热装置的设计提供准确的非稳态加热过程模拟。     

一种液氢两相流研究试验系统

介绍了北京市火箭发动机试验研究所的液氢两相流研究试验系统的特点和它的4个子系统——称量系统、增压系统、输液与液体回收系统及测量与控制系统的概况,并给出了用砝码动态替代法的质量流量精度。     

CPL蒸发器多孔芯内传热传质的非稳态数值模拟

基于多孔芯内局部热力学平衡的假设，考虑了Brinkman和Forchheimer对Darcy定律的修正模型，针对简化的物理模型中所包含的气液相区域，建立了二维分层饱和多孔介质模型，以甲醇为工质对CPL，蒸发器毛细多孔芯内的传热传质过程进行非稳态数值模拟。在不同的热负荷条件下预测气液分层界面的形状和位置、系统由初态达到稳态过程的持续时间，讨论压力和温度的分布。由两层饱和模型所得到的计算结果可知．CPL系统在启动时，为避免高热流时液体脱离多孔区而发生干涸，宜采用小负荷启动；采用预热器，改善蒸气的出口条件；增加蒸发器入口处的工质的过冷度，有利于增加CPL系统启动过程和变工况时的稳定性。文中分析结论为CPL系统的优化设计提供参考。     

基于预处理的非稳态流场计算方法

采用预处理方法可提高Navier-Stokes方程或Eu ler方程计算低马赫数流场的准确度和收敛性能。采用双时间步和预处理相结合的方法计算非稳态流场,保证了采用预处理方法后计算结果的时间精确性。在每一物理时间步,控制方程虚拟时间导数项采用LU隐式时间格式,对流通量采用AUSM 和MUSCL格式进行求解。通过对前台阶流和圆柱绕流的计算,验证了该方法的广泛适用性和计算结果的可靠性。     

非稳态Navier-Stokes方程计算在新型跨音速涡轮设计中的应用

本文论述应用三维、非定常 Navier-Stokes 软件包来预测一种新型跨音速涡轮流道中的非稳态流动问题。对于这种新型设计,早期的二维工作已经表明:非稳态干扰对涡轮的性能有着很重要的影响,这种干扰不仅影响到级效率,而且能显著改变流动的时间平均特性。本工作是已作过的二维计算工作的自然延续,并讨论了一些在二维计算中出现的问题。这些计算工作是作为实际设计过程的组成部分而进行的,同时也证明了非稳态动——静叶交互计算在涡轮机械设计中的价值。计算结果以时间平均的压力和叶型表面的压力幅值形式给出.另外,为了进一步理解流动的粘性和非粘性特性,本文给出了压力和马赫数的瞬时等值线图。文中还给出了有关的二次流特征,例如总压的横向分布图和质量平均参数在翼展方向的分布。     

高超声速三维热化学非平衡流场的数值计算对比研究

选取国内外典型的高超声速绕流实验,对比研究了不同化学反应模型(Dunn-Kang模型、Park85模型、Park93模型、Park2001模型、Gupta模型)对高超流动计算结果的影响。重点采用Park双温度模型开展热化学非平衡效应的模拟研究,并同时与5组元单温度模型的计算结果进行了对比。研究表明:Park85-7组元双温度模型与实验结果吻合最好,结果最为可靠;而Park85-5组元单温度模型更适用于工程计算。     

基于ANSYS的气体发生器处于非稳态下的温度与应力

气体发生器在工作期间持续处于高温高压状态,其钛合金壳体受力包括了由温度引起的热应力和承受气体压强的应力两部分,这对发生器壳体的强度提出了一定要求。基于此,使用有限元分析软件ANSYS对某气体发生器处于高温高压下的应力进行了仿真计算和分析,结果表明:(1)在发生器工作前期,温度载荷所占比例较低,可忽略不计;在其工作后期,热应力则保持平稳,此时温度载荷的作用需要重点考虑;(2)发生器壳体的最大应力值出现的时间与所施加的压强载荷达到最大值的时间是一致的,均为35 s;(3)气体发生器在温度和压强共同作用下的最大应力值处于发生器颈部圆弧与凸台的倒角处,此处最易遭到破坏。仿真分析结果可为气体发生器的设计提供理论指导和优化设计依据。     

超声速横向气流中喷雾的数值模拟

对超声速横向气流中的喷雾过程进行了数值模拟,采用二维N-S方程计算气相,应用一次雾化模型和二次雾化模型模拟了喷雾雾化过程,并与实验测量结果进行了对比。研究了湍流度和附面层厚度对液雾穿透深度的影响,发现湍流度和附面层厚度并不是主要的影响因素,认为雾化模型是影响液雾穿透深度的关键因素。     

载人航天器生活舱内湿度场的稳态数值模拟

研究载人航天器生活舱内部的湿度情况具有重要意义。由于生活舱设备外形和结构相当复杂,难以建模,因此按照速度梯度、湿度梯度较大的优先原则,合理选择简化舱体结构及舱内设备。采用基于有限元网格的控制容积法对计算区域离散,对离散方程组求解得出水汽质量浓度分布后,结合舱内温度场通过一定的转换关系最终得到了生活舱内部的湿度分布。数值分析结果表明生活舱内处于相对湿度较高的状态下,提示还需进一步采取措施以改善舱内湿度水平。     

固冲发动机补燃室非稳态沉积过程分析

采用随机轨道模型,基于动网格技术,分析了固冲发动机补燃室非稳态沉积过程中燃气流动边界形状变化对燃气流动及沉积分布的影响,得到了补燃室内壁面的非稳态沉积规律,对直连试验中出现的进气道出口拐角烧蚀沟槽现象进行了理论分析。研究发现,不同粒径的粒子在补燃室内的分布特性差异较大;凸起的沉积块可改变燃气流向,使进气道出口拐角处的高温区变大,易形成沟槽;点火初期,掺混区进气道之间的沉积速率较大。     

基于自适应小波配点法的水击数值计算

为了克服传统谱方法计算水击问题的数值振荡,选择具有紧支撑特性的样条小波代替传统的基函数,建立了一维流体运动方程的自适应小波配点计算格式,并对有摩擦和无摩擦的一维管路水击问题进行了数值计算,获得了水击波的传播过程。结果表明:小波配点法能够准确计算水击波的传播过程,在水击波波阵面处,不会因高分辨率出现剧烈的数值振荡现象,精度和分辨率可以同时提高;自适应算法能够自动捕捉水击波位置,并在水击波局部区域采用高分辨率计算,而在梯度较小区域降低分辨率计算,在保障精度和分辨率的前提下,显著节约计算量。     

电弧推力器流场的数值计算

在流体计算软件fluent的微分方程中加入电磁项,可以计算电磁场作用下的流场。本文介绍了电弧推力器的理论模型,计算了电弧流场,并将计算结果和试验数据进行比较。分析了欧姆加热对提高工质气体比冲、降低推进剂消耗的作用,并根据流场温度分布,估计了电弧对电极的热烧蚀情况,提出了相应的解决方案。     

固体火箭发动机反向喷管推力终止过程的压力冲击问题

本文介绍一种冷模拟实验,实验表明,突然打开固体发动机反向喷管后,燃烧室中可能出现强烈的压力冲击,这种压力冲击来自喷管喉部节流和形成准稳态流动之前的非定常过程,本文对这一效应做了估算,用特征线法及激波拟合法进行了一维非定常流动的数值分析,预估的压力—时间关系与实验结果相当一致。     

超声速升力面线化非定常气动载荷计算

本文采用等压面元法计算了超声速升力面线化非定常气动载荷。算例给出了矩形翼、后掠翼、箭形翼以及前后翼的计算结果，与其他理论结果以及实验数据符合良好。方法具有使用方便，外形适应性强，适合于小攻角、减缩频率不高的情形。     

固-液相变装置传热性能数值计算研究

卫星内安装的某些设备在轨长期工作时要求维持较恒定的温度,特别是热容较小的设备受外热流影响温度波动会比较大,文章在传统热控设计的基础上增加了相变装置,利用焓法建立了设备、蜂窝板、相变装置统一的控制方程,研究了空间环境下相变装置的热性能。结果表明:采用相变装置有助于提高散热面的等温性,同时能够有效降低设备的温度波动范围,为航天器内设备的热控设计提供了一定依据。     

环形燃烧室中自燃推进剂的非稳态旋转爆震现象

为研究环形燃烧室中自燃推进剂旋转爆震波的传播特性,以一甲基肼和四氧化二氮为推进剂,在圆环形燃烧室中组织旋转爆震燃烧。燃烧室外径和内径分别为60 mm和30 mm,采用了24对撞击式喷嘴,四氧化二氮的喷孔直径为0.4 mm,一甲基肼的喷孔直径为0.3 mm,通过高频脉动压力传感器记录了旋转爆震波的传播过程。研究结果表明:自燃推进剂的旋转爆震燃烧过程具有高度非稳态特性,不仅各个旋转周期之间存在明显差异,而且同一个传播周期内旋转爆震波的强度也是动态变化的;对于自燃推进剂的旋转爆震燃烧的产生及维持过程来说,外界激励不起决定性作用,燃烧室几何构型、流量和混合比对旋转爆震燃烧的影响更大。     

空间相机外遮光罩的非稳态温度场计算

外遮光罩的非稳态温度场,对空间相机的第一光学表面—光学窗口产生直接影响,进而影响空间相机的分辨率和成象质量。本文采用Monte—Carlo法和Brain ADI法,通过热模型的建立、空间外热流计算和合成、角系数的求解、离散热平衡方程的建立、交替方向隐式求解(Brain ADI)等步骤,对空间相机外遮光罩的非稳态温度场进行了计算,自编的通用程序软件,可以计算任一轨道位置、任一时间的外遮光罩的非稳态温度场。本文采用的理论、方法和程序,对于空间外露物体的热计算,具有一定的通用性。     

组合发动机空气预冷换热器动态特性的数值分析

基于守恒原理，导出叉流管－管型换热器非稳态传热过程的数学模型及相应的离散方程。利用隐式格式，求得组合发动机空气预冷换热器随时间而变的出口及壁面温度。指出此类动态计算若采用显式格式是极其费时的。对比解析解及显式方法的计算结果，表明隐式方法的解是有效可信的。所编计算机程序可用于发动机系统调式。     

高超音速化学非平衡层流粘性激波层钝头细长体绕流数值计算

本文研究了高超音速化学非平衡钝头细长体绕流的计算方法,给出了耦合求解连续方程和法向动量方程的具体做法,以及在高空情况下考虑滑移边界条件后的数学处理。计算结果表明,对钝头细长体,可以将计算推进到三十倍头部半径的后身区域。     

瞬态、准瞬态和稳态热网络模型差异的数值分析

对于受传导和辐射传热控制的航天器热模型，用数值分析研究了瞬态、准瞬态和稳态热网络模型解的差异，结果表明，就所考察模型的星内设备而言，准瞬态的温度波动范围一定小于瞬态波动，但波动区间没有明显包含关系。稳态温度低于瞬态和准瞬态平均温度，甚至最低温度。