氢氧发动机推力室化学反应流场计算

采用弱耦合点隐式方法的MacCormack格式对氢氧火箭发动机推力室化学反应粘性流场进行数值模拟.数值模拟时采用6种组分、8个反应有限速率的化学反应模型,湍流模型采用Baldwin-Lomax代数湍流模型.数值模拟得到了流场参数在燃烧室和喷管中的分布.结果分析表明,得到的数值模拟结果与理论分析一致,说明结果是可靠的.本文的工作为氢氧火箭发动机喷管设计提供了依据,并为进一步开展火箭发动机推力室有化学反应的两相流动的数值模拟打下了基础.     

基于热-流-固耦合方法火焰筒壁温三维数值模拟

准确地确定火焰筒壁温分布是对其进行热结构分析的前提和基础.基于ANSYS/CFX程序平台,采用基于燃烧模型的热-流-固耦合有限元方法,对某环形回流燃烧室的整个流场、温度场进行数值模拟,得出火焰筒壁温三维温度场分布.计算中考虑了燃烧热源和热辐射,燃烧和流场变化对换热的影响,以及燃气、煤油和固体物性参数随温度的变化.数值模拟结果表明,将流场和固壁进行耦合求解,能更精确反映流场和温度场的整个形态,可以模拟出较为合理的流场和温度场分布以及相应的流动换热特性.所做工作对火焰筒结构设计具有重要的工程应用价值.      

小几何特性小孔径细水雾离心喷嘴的数值模拟

针对最大流量原理法在设计小几何特性小孔径细水雾离心喷嘴方面的不足,采用Fluent软件中的多相流混合模型,模拟了包含蒸气和水两相的喷嘴内部流动,得到了流量、喷雾锥角等宏观参数,并和实验测量数据以及理论计算值进行了对比,分析了不同结果产生的原因;同时,还对喷嘴内的气液两相体积分数、轴向与切向速度、压力分布等流场特性参数进行了分析,着重论述了与理论模型之间的差异以及相应的机理.数值模拟方法考虑了液体的粘性和壁面摩擦力等因素,较好地反映了喷嘴内部的流场特性,为小几何特性小孔径细水雾离心喷嘴的设计提供了借鉴.      

基于遗传算法的柴油机喷油系统模型参数辨识

柴油机喷油系统中压力的变化会引起气泡的产生和溃灭,而气泡的变化会对燃油的流动和压力波的传播产生影响.为了更准确预测喷油系统中的初始含气率以及变化情况,提出了应用改进遗传算法对柴油机喷油系统模型中的柱塞腔、出油阀紧帽腔、高压油管和针阀腔初始含气率进行辨识的新方法.基于气泡模型,建立了气-液两相条件下的柴油机喷油系统模型,通过仿真数据和试验数据对比,构造了适应度函数,实现了对柴油机喷油系统模型的参数辨识,并得到了参数优化后的柴油机喷油系统模型.仿真结果与试验数据的比较验证了采用改进遗传算法对气-液两相条件下的柴油机喷油系统模型进行参数辨识的可行性.     

某型无人机全机气动力数值计算

使用三维造型软件和计算流体力学软件对某型无人机进行了气动力数值模拟,得到小迎角范围内的升、阻力系数和力矩系数以及无人机表面的压力、密度和来流速度分布情况,同时,对该无人机进行了气动力的工程经验估算,并将估算结果与数值计算结果进行对比分析.研究表明,数值计算能够较好的模拟小尺度低速流场流动,对无人机的研制能起到重要的作用.计算结果为下一步无人机的气动外形优化设计提供了理论依据和重要参考.     

三维抛物化N-S方程全隐格式矢通量分裂求解

采用全隐格式的矢通量分裂算法,在通用曲线坐标系内求解三维无因次抛物化强守恒型N-S(Navier-Stokes)方程.所建立的计算程序,可计算较为复杂边界的三维流场,如求解亚、跨、超音速共存的流场,分区模拟内外流共存流动及其混合剪切尾流.给出了一轴对称亚跨超音速喷管内流场的计算结果,包括计算网格,流矢分布,压力、温度和马赫数等值线分布.也给出了一喷管内外流及其混合尾流的计算结果,包括计算网格,流矢分布,无因次压力、密度和温度等值线分布.     

直连式甩油盘非均匀流动特性

针对甩油盘启动过程中的流动特性,采用三维数值模拟方法研究甩油盘内外两相流场流动特性,并结合高速摄影实验结果、理论结果进行综合分析。结果表明:甩油盘的总出流量随时间发生明显变化,幅度较大。在短时间内,甩油盘各孔流量差异巨大,各孔对应的索泰尔平均直径（SMD）值相差不大,SMD主要取决于转速。各孔流量不同,雾化场分布不均匀,实验结果验证了这一现象。      

离子发动机羽流二维轴对称数值模型与验证

为了解离子发动机羽流特别是交换电荷离子(CEX,Charge-Exchange)的分布和流动特性,建立了离子发动机羽流的物理模型,采用粒子网格(PCI,Particle in Cell)方法对2种型号的离子发动机羽流场进行数值模拟计算,与其地面实验数据进行对比分析.结果表明:在CEX离子密度大小及分布、电势的大小及最大电势梯度的位置、CEX离子流动角方面,模拟结果同实验结果符合得相当好.在电势结构方面,由于舱壁电势的影响,模拟结果同实验结果相比有一些差别.羽流模型和计算结果为相关羽流实验和数值模拟研究提供参考.      

高超音速热流数值计算中的误差匹配原则

通过对粘性边界层的数值模拟和误差分析,提出了差分格式的误差匹配原则.在边界层内的计算网格一般都具有很大的长宽比,而计算误差与网格长宽比密切相关.为了使不同坐标方向上的误差保持在同一量级上,需根据误差匹配原则确定计算网格的尺寸.对绕钝锥的高超音速流动进行了数值模拟,进而计算了钝锥表面的热流分布.数值计算表明,参照误差匹配原则进行网格划分是有益的,可在保持流场数值计算精度和提高热流计算准确性的同时,使网格的数量和分布更为合理.     

用GAO-YONG湍流模式对分离流动的数值模拟

采用GAO-YONG湍流模式对二维管道内三角形钝体绕流问题以及槽道内后台阶分离流动进行了数值模拟.求解程序基于开源数值计算平台OpenFOAM (Open Field Operation and Manipulation),数值模拟结果很好地预测了钝体绕流问题中漩涡脱落的尾流的流动趋势以及后台阶流动中分离再附的流动结构,同时分析了速度分布以及摩擦系数等参数并与实验值进行了对比,结果符合很好.这表明GAO-YONG湍流模式对大分离流动有较好的预测能力,对工程实践具有指导性作用.     

多级降压调节阀内部流动特性数值模拟

为研究多级降压调节阀内部流动过程和各降压级的压降影响因素及规律,基于Mixture两相流模型和Schnerr-Sauer空化模型的数值计算方法,建立了多级降压调节阀内部流场的计算模型。通过数值模拟计算,获得了调节阀内部的流动特性,分析和探讨不同压差和不同阀门开度下各降压级压降特性。数值计算结果表明:流体流经阀门节流元件时,由于多股流体的强烈掺混和剪切使得阀门内存在大量的漩涡;各降压级的压降存在一定的差异,第3级套筒处的空化程度最大,阀座处更易发生空化;阀门在同一开度下,工质沿各降压级的压降在不同压差下的变化趋势相同;第3降压级的压降随阀门开度的减小而增大,在25%开度下阀门第3降压级的平均压降最大,达到了8 MPa,相同流量下该降压级小孔中工质的速度也增加。研究结果为降压阀的合理设计提供了理论依据和参考价值。      

熔模精铸件凝固过程温度场的数值模拟

根据熔模精密铸造过程的传热特点,通过对铸型/环境边界及冒口/环境边界进行自然对流和辐射传热处理,改进了原有数值模拟系统,实现了对熔模铸造凝固过程温度场的数值模拟.对采用4种不同铸造工艺方案的阀体铸件凝固过程进行了数值模拟及缺陷预测,获得了与试验相一致的模拟结果.根据数值模拟结果,确定了进行批生产的铸造工艺方案.     

气门形状对汽油机缸内空气运动的影响

内燃机缸内的空气运动对混合气的形成以及燃烧过程有着重大影响,是燃油消耗率,排放和燃烧噪音的决定性因素之一.多维数值模拟方法具有费用低,给出的信息量大等特点,便于研究几何形状等参数变化对内燃机燃烧性能的影响以及进行多方案的对比研究.将其用于内燃机缸内流动过程的研究,可对内燃机缸内流运过程的研究提供一种新的研究手段.本文用任意拉格朗日-欧拉法(ALE方法)编制的大型KIVA3程序模拟了某四气门汽油机的缸内三维流动过程;研究了两种不同长度气门杆的四气门汽油机的缸内流动,分析了汽油机的进气门形状对缸内空气运动及缸内滚流的影响,研究结果表明,四气门汽油机的使用,能在缸内产生滚流现象,气门形状不同,缸内滚流的大小略有不同,采用长气门杆,其缸内滚流要比短气门杆略强一些,这些研究结果可为汽油机的进气道及其气门的设计提供了依据.      

喷流干扰气动热数值模拟的若干影响因素

工程上对喷流气动热进行近似计算时,常常对真实的全化学反应流近似处理,这时需要了解喷流气体和喷管外形的近似方法对计算结果的影响规律。采用数值试验对比分析的方法,探讨了近似计算的2个影响因素:其一是使用量热完全的空气喷流近似燃气喷流进行数值模拟时,喷管几何形状对热流分布的影响;其二是使用空气喷流近似燃气喷流进行数值模拟的方法,分析不同的喷流热力学参数匹配方法对喷流形态及热流分布的影响。通过对不同方法进行对比计算,揭示了各个方法对喷流干扰气动热计算的影响规律,可以用于指导工程分析。      

柴油机喷油系统压力波时频特性研究

在柴油机喷油系统压力波的研究中,采用Wigner-Ville分布算法,对液-汽两相流条件下的柴油机喷油系统压力波的时频特性进行了分析,并与采用小波函数分析得到的结果进行了对比.研究结果表明,采用Wigner-Ville分布算法进行分析时,可以更好地显示出液-汽两相流条件下的柴油机喷油系统中压力波在时间和频率范围内的能量密度,能更清晰地反映出这种非稳态信号频率随时间变化的关系.当喷油系统存在长时间存活汽泡时,压力波的能量密度主要集中在主波上,除了低频率的能量外,还包着相当一部分较高频率的能量.而压力波次波则没有高频能量的出现.当喷油系统存在短时间存活汽泡时,其压力主波对应的频率较低,但能量密度比较大,而其压力次波具有一定量的高频率能量.      

降落伞流固耦合问题的数值模拟和流场分析

提出了基于压力耦合的半隐式算法,即SIMPLE (Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations)算法和生成阶梯网格方法的对稳定下降阶段的降落伞进行数值模拟的新方法.此方法在降落伞流固耦合计算中具有较好的稳定性和较高的效率.对降落伞稳定下降阶段的流固耦合问题进行了数值模拟.降落伞模型分别采用了圆形伞和锥形伞稳定下降时的结构数据,并对锥形伞模型进行了不同来流攻角情形下的模拟.与平行有限元方法相比,采用SIMPLE算法的新方法得到了更准确和更合理的结果.此新方法可以作为传统数值模拟方法的一个可靠替代和重要补充. 　　      

大流量气-气喷嘴响应面法优化设计

为研究以气氢和气氧为推进剂的同轴双剪切喷嘴设计参数对推进剂燃烧位置的影响,利用正交表指导喷嘴设计,并对燃烧室流场进行数值模拟.结果表明:在单喷嘴流量相当于航天飞机主动发动机单喷嘴流量8倍的工况下,同轴双剪切喷嘴能实现高的燃烧效率;极差和方差分析显示氢/氧的速度比是对推进剂的燃烧位置影响最大的设计参数,而中心氢流量比例和氧喷嘴的壁厚对燃烧位置的影响不显著.通过构造基于正交多项式的响应面,获得同轴双剪切气-气喷嘴的优化组合参数.