V形尾缘喷管流场与红外特性的数值模拟

采用有限体积QUICK格式和重整化群(RNG) k-ε 湍流模型,并结合壁面函数,同时利用离散坐标法DOM(Discrete Ordinates Method)计算热辐射,以灰气体加权模型WSGGM(Weighted-Sum-of-Gray-Gases Model)确定气体介质的辐射性质,求解N-S方程、固壁中的热传导方程、考虑吸收-发射性气体介质的辐射传输方程.采用此耦合计算模型对V形尾缘的收敛喷管进行了数值模拟,计算所得数据与试验吻合良好.在此基础上,对有/无V形尾缘收-扩喷管的内外流场与红外特性开展了数值模拟.结果表明:V形尾缘在尾喷流的剪切层中产生了强烈的流向涡,促进了内外流的强化混合,明显缩减了喷管出口附近喷流的红外辐射.      

脉冲射流强化混合对喷流红外辐射特性的影响

计算了脉冲射流强化混合喷流在3~5 μm波段的红外辐射特性,并与无脉冲激励喷流的红外辐射特性进行了比较,分析了脉冲射流强化混合对喷流红外隐身的效果.流场及温度场采用有限体积法和重整化群(RNG,Renormalization Group)k-ε湍流模型求解N-S方程得到.喷流的红外辐射强度采用有限体积法结合窄带模型求解吸收发射性介质辐射传输方程得到.计算结果显示,在亚音速条件下,少量的射流流量(占3%的主流流量)就可以使核心区长度缩减一半以上,在天顶角90°方向探测喷流的红外辐射强度,各个方位角上都有较大衰减,与激励源垂直的平面上的衰减效果相比,与之平行的平面上的更为强烈.      

微射流强化混合对喷流红外辐射特性的影响

计算了微射流强化混合喷流在3~5μm波段的红外辐射特性,并与无微射流强化混合的喷流红外辐射特性进行了比较,分析了微射流强化混合对喷流红外辐射特性的影响.喷流的流场及温度场结果采用有限体积法求解N-S方程得到,采用Tam-Thies湍流模型模拟喷流.红外辐射特性的计算采用有限体积法求解吸收-发射性介质条件下的三维辐射传输方程得到.计算结果表明,在中等亚音速条件下,微射流可以达到较好的强化混合效果,射流流量占主流流量1%时,喷流的红外辐射强度比基准喷流的红外辐射强度降低15%左右,射流流量达到主流流量的3%时,喷流的红外辐射强度可以降低27%左右.     

含非均匀辐射气体空腔辐射特性计算研究

文章发展了求解积分辐射传输方程组的方法来计算充满非均匀辐射性气体封闭腔的辐射特性的方法,讨论了辐射空间分布及光谱分布的计算方法,并编制了相应的计算机程序.计算了某型发动机轴对称喷管的辐射分布,并与采用通常的辐射换热经验公式的计算结果进行了比较.     

加热器喷管热-流耦合传热分析

针对加热器喷管中复杂的气、固、液多相流动传热问题,建立了三维热流耦合换热计算模型,分别对燃气、冷却剂和喷管室壁建立不同的控制方程,将辐射热量作为源项加入到方程中,进行流动和传热的耦合计算.采用此方法对美国AEDC(Arnold Engineering Development Center)喷管的流动传热过程进行了计算,数值计算结果与试验结果吻合较好.在此基础上对某超燃冲压发动机试验台水冷式加热器喷管的换热问题进行了三维数值模拟,并定量分析了辐射换热对加热器喷管壁面温度分布的影响.结果表明:冷却水流量取2.0 kg/s时,加热器喷管气壁最高温度为660K,膜温度为430 K,加热器能可靠冷却,其热效率满足试验要求,对于含有H2O和CO2这样的高温燃气,辐射热量对喷管壁面温度分布有较大影响,必须引入到温度场的求解之中.     

巡航导弹红外辐射及大气衰减计算模型

对巡航导弹3个主要辐射源:蒙皮、尾喷管及羽流进行了深入分析,建立了巡航导弹红外辐射计算模型.此外,在红外辐射的大气传输理论基础上,综合考虑高度、倾斜及气象条件等各种因素,分析了大气衰减对红外辐射的影响,建立了大气透过率的理论模型与计算方法.最后,以某型号巡航导弹为例,利用此模型计算了3~5μm和8~12μm两个波段的红外辐射强度、大气光谱透过率和平均透过率,以及经过大气衰减后的红外辐射强度,并对计算结果进行了分析.结果表明,这是一种计算巡航导弹红外辐射的简单方法.      

飞机红外辐射及大气透过率计算方法

研究了飞机目标的红外辐射特性,以及红外辐射在大气中的辐射衰减特性.根据现有的理论基础以及飞机自身结构特性,将飞机的红外辐射源分为蒙皮、尾喷口和羽流3部分,并提出了3个辐射源在不同波段、不同角度下的红外辐射特性计算方法.根据红外辐射的大气传输特性,采用了不同波长、不同弹目距离下的大气透过率简易计算方法,并将其与Lowtran7进行比较.计算了飞机在不同波段下,经大气衰减后,最终到达红外探测器的辐射强度.     

发动机燃气喷流红外辐射场的数值模拟

在高温流动中热辐射与流场是耦合的,但在发动机燃气喷流流场的温度范围内可以在流场计算中忽略热辐射的影响,于是流场与辐射场的模型方程可解耦.为此提出了模拟飞行器绕流流场红外辐射的解耦模型以及相应的算法.该算法首先采用总变差减小TVD(Total Variation Diminishing)格式对流场进行模拟,再引入有限体积概念,应用所取得的流场参数,在同一组网格上计算流场中的红外辐射特征.以轴对称喷管内N₂,O₂,CO₂,H₂O,CO,HCl,H₂等7组分高度欠膨胀冻结流与均匀绕流干扰流场为算例进行了验证性的模拟计算,并与已有试验和计算数据进行了对比,表明该算法是可靠的,可在较大幅度地降低计算量的情况下给出满足工程需要的结果.     

OpenGL在红外辐射计算中的应用

提出一种将OpenGL应用在目标红外辐射特性计算中,从而实现目标红外辐射特性可视化计算的方法.由于OpenGL可用于构造三维模型,进行三维图形交互软件的开发;因而将其引入红外辐射特性计算中可解决复杂目标计算问题,而且图形硬件的消隐能力避免了遮挡计算并使计算以所见即所得的方式实现可视化.针对目标红外辐射特性中的自身辐射和目标对太阳光的反射部分,分别运用光照模型中发射光和漫反射的特性,以像素的颜色获取温度参数和法矢从而实现可视化计算.用一个简单标准体模型进行验证,计算结果表明了该方法的有效性和可行性.     

A comprehensive numerical model examining the thermal performance of airships

A novel computational model for analyzing the airship’s transient thermal performance under different environmental conditions was developed. Radiative heat transfer and natural convection inside the airship were modeled using the control volume method. The Semi-Implicit Method aiming at the Pressure-Linked Equations algorithm was adopted to solve the control equations. Such approach was able to take into account the solar irradiative heat flux, the infrared radiation at different locations, and the convection both inside and outside the airship. The simulation results, showing the detailed distributions of temperature and velocity on the envelope and inside the airship, were in good agreement with the experimental measurements. The influences of solar position and material radiative properties on temperature distribution, as well as natural convective flow inside airship, were further simulated and discussed.     

大型航天器热管理系统集成分析

文章以虚拟的空间实验室为例 ,用数值模拟的方法 ,模拟了大型航天器热管理系统非稳态过程的温度等参数。热管理系统温度等参数的集成分析 ,为大型热管理系统设计提供了分析平台 ,为进一步的敏感性分析、优化设计、试验参数修正、参数置信度分析、鲁棒性设计奠定了分析基础 ,并作为能量系统的主要组成部分 ,为能量系统的能量平衡分析和电能 /热匹配分析提供有力支持。     

重力对单气泡生长特性的影响

采用VOF (Volume of Fluid)多相流模型, 通过用户自定义函数UDF (User Defined Function)实现相变过程中质量和能量的输运, 对微重力条件下尺寸为10mm × 10mm × 25mm的矩形通道的池沸腾现象进行数值模拟, 得到了微重力及常重力作用下单个气泡生长特性的差异. 模拟结果表明, 微重力条件下气泡周围的流线与温度场的分布有显著差异; 由于表面张力作用, 微重力下的气泡脱离特性与常重力下不同; 在微重力条件下, 气泡直径的变化比较复杂, 并与重力加速度的大小有关; Marangoni流对微重力下的流动影响很大, 使换热系数波动, 而且波动的幅度随重力加速度的减小而增大.      

Trapped particle energy spectrum in shuttle middeck

We describe the differential energy spectrum of trapped particles measured by a solid-state charged particle telescope in the mid-deck of the Space Shuttle during the period of solar maximum. The telescope was flown in two high altitude flights at 28.5° and 57° inclination. Assuming, as is normally done, that the variations of Shuttle orientation during the missions lead to average isotropic incident spectra, the observed spectrum disagrees significantly from AP8 model calculations. This indicates the need to take into consideration the variations of solid-angle direction relative to the magnetic field. The measurements show that there is a very significant flux of secondary light ions. The energy spectra of these ions does not agree with the production spectrum from radiation transport calculations based on omni-directional AP8 Max model as an input energy spectrum.

We also describe measurements of linear energy transfer spectra using a tissue equivalent proportional counter (TEPC) flown both in the mid-deck and the payload bay of the Space Shuttle. Comparisons are made between linear energy transfer spectral measurements AP8 model-based radiation transport predictions, and thermoluminescent dosimeter (TLD) measurements. The absorbed dose-rate measurements using TLD's are roughly 25% lower than the TEPC-measured dose rate measurements.     

临近空间环境下封闭方腔内耦合换热特性

以临近空间浮空器载荷舱为应用背景,对复杂热边界条件下含热源的三维封闭方腔内自然对流、表面辐射和导热的耦合问题进行了数值模拟。综合考虑对流换热、长波辐射、太阳辐射等因素的影响,建立了临近空间热环境模型。通过Fluent软件用户自定义函数（UDF）引入外部非定常的辐射-对流耦合热边界条件,对腔内换热特性的昼夜变化进行研究,并分析了腔壁厚度、发射率和导热系数对其的影响。数值结果表明,腔内平均温度昼夜变化很小,约为12.9 K,但温度场分布随太阳方位变化而变化;腔内对流换热较弱,同一时刻最大温差约为71.3 K;腔壁热阻和发射率增加会削弱自然对流的强度。      

液体火箭喷焰红外特性的数值仿真

用传输方程积分法计算液体火箭喷焰在光谱2~5?μm的红外特性,并考虑了经过海平面一定长度的水平路程后大气对液体火箭喷焰辐射的衰减作用.计算喷焰的形状为圆柱形,温度和组分的摩尔分数沿轴向和径向变化.计算中考虑气体组分H₂O,CO₂,CO的吸收与发射,喷焰内燃气的光谱透过率用SLG模型计算,大气的光谱透过率用LOWTRAN7.0计算.给出一台推力为1.125×10⁶N的液体火箭发动机喷焰表面以及经过海平面0.88?km水平路程大气衰减后的光谱辐射强度,经比较与参考文献给出的结果基本一致.