航天磁悬浮发射脉冲磁流体供能系统方案分析

针对航天发射低成本、安全可靠运输方式的需要,阐述分析了航天运载器磁悬浮发射概念及其能量供给需求。在重点研究了固体火箭燃料脉冲磁流体发电机的关键技术及发展水平后,基于俄罗斯四台“Sakhalin”脉冲磁流体发电机单元,提出和设计了用于助推发射100吨地面载荷(飞行器和磁悬浮橇体)实现4g加速度的能量供给方案,同时分析磁悬浮发射过程中三相直线电机加速和控制的特点,提出可行的逆变器功率转换系统方案。     

超声速磁流体管道流动的数值模拟

应用可同时适用于描述磁流体MHD (MagnetoHydroDynamic)强化超燃冲压发动机磁流体发电器与磁流体加速器的,包含磁流体N-S(Navier-Stokes)方程与磁感应方程的可压缩磁流体方程组对超声速磁流体管道流动进行了数值模拟研究,以验证本项工作所提出的对2组方程进行交替迭代的分裂式算法.给出了算例的计算结果,并与无磁场及恒磁场下相同管道的流动计算结果进行了对比分析.     

磁流体发电系统在空间电源中的应用研究

介绍了直线型和盘式磁流体(MHD)发电机,鉴于盘式磁流体发电机结构紧凑、发电效率高、对应磁体系统简单等优点,建议在大型航天器上采用盘式磁流体发电机。根据空间应用的特点,盘式磁流体发电机的工质应选用氦/氙混合气体;在抑制等离子体的不稳定时,应综合使用扩张通道、导流片、波状外形壁面及射频线圈等方法。对空间盘式磁流体发电系统及试验设备研究情况进行了介绍;以高温气体闭环核能磁流体发电系统为例,分析了其工作原理和质量功率比等性能参数;总结出地面试验的研究趋势是向超长时间运行发展。针对我国在反应堆、材料、工艺等方面的发展现状,建议深入开展磁流体发电技术及盘式磁流体发电机研究,突破等离子体参数测量、稳定性等关键技术,促进我国在空间核动力技术领域的快速发展。     

高速转轴的磁流体密封流场分析

在高速转轴磁流体密封流场分析中,由于楔隙内速度线性假设法不能满足流体运动Navier-Stokes方程,给动密封的分析带来了计算误差,为此提出了流体边界速度线性假设和延伸控制体法两种对速度不同的求解方法.在磁场法分析的基础上,通过数值方法对Navier-Stokes方程进行求解,弥补了楔隙内速度线性假设法的缺陷.分析计算结果表明,在低转速下,3种方法的计算结果非常接近;在高转速下,楔隙内速度线性假设法计算结果偏高,而两种新算法的结果仍保持一致.      

绕流圆柱的自由表面磁流体流动实验

利用PIV(Particle image velocimetry)光学测量系统,在雷诺数分别为7 767和11 60时,实验研究了磁场对绕流圆柱的自由表面流动的影响.实验研究结果表明,磁场使边界层内的无量纲平均速度分布偏离对数分布,尾迹变窄变短,分离点向后移;当雷诺数增加到11 60时,在相同磁场强度作用下,磁场的影响减弱,从而使边界层内的无量纲平均速度分布偏离对数分布的程度减小.      

航空等离子体动力学：未来新型飞行器/发动机的重要技术支撑

新一代航空器和反导体系的发展,均离不开新的技术支撑。航空等离子体动力学被航空发达国家列为重点发展的基础领域之一。文章从等离子体流动控制改善气动性能和推进效能、等离子体材料处理与表面强化以及磁流体动力与等离子体点火助燃等方面,阐述了这一新技术诱人的发展前景。     

三维磁流体强化超燃冲压发动机数值模拟

建立了三维磁流体强化超燃冲压发动机内部黏性流场的求解模型.针对马赫数为6设计了联合应用磁控进气道和磁流体能量旁路的磁流体强化超燃冲压发动机模型.针对该模型进行了数值模拟研究,分析其中的三维流场结构、电参数分布规律以及能量转换特性.结果表明:当飞行马赫数为8时,磁控进气道的应用能够使头部压缩激波回到唇口,使分离区消失,内进气道中的流动恢复到设计状态.磁流体能量旁路可有效降低燃烧室入口处的马赫数,从而改善发动机性能.其中发生器中的流动参数和电参数的分布比较理想,效果显著;而加速器要取得显著的加速效果则需要大量的能量输入.在加速器中,电极附近焦耳耗散严重,导致局部高温以及流动的复杂性,性能不够理想.      

各向异性磁流体激波跃变关系的无量纲化求解

用无量纲化方法，推出了各向压力异性等离子体中磁流体激波跃变条件及其解析解的一种普遍而简单的形式，并讨论了它在各向同性等离子体中各种特殊情况下的结果．     

磁场作用下的TIG电弧行为分析

在磁流体动力学理论的基础上,针对外加纵向磁场作用下的钨极氩弧焊(TIG)电弧在旋转圆柱坐标系中建立了不同电流密度的数学模型。通过Fluent用户自定义函数进行编程开发,对其流场和电磁场进TIG电弧温度场呈现空心钟罩形态,并表现为双峰分布,在近阳极表面位置出现"低温腔",且电流密度越大,"低温腔"越大;其次,纵向磁场的作用造成阳极表面的压力变化也呈现双峰分布,其峰值压力较无磁场作用时下降了约70%,且电流密度越大下降的越多。     

随机粗糙表面对非牛顿磁流体轴承润滑性能的影响

为了研究应力偶效应和粗糙表面形貌效应对磁流体轴承润滑性能的双重影响,首先采用蒙特卡罗方法对具有高斯分布的随机粗糙表面进行表征,并与扫描电子显微镜下实际加工表面形貌图进行对比,同时基于Christensen随机模型和Stokes微连续理论,推导出随机广义非牛顿雷诺方程,通过有限差分法对微尺度条件下磁流体轴承进行数值模拟,分析横向和纵向粗糙模型下不同参数对磁流体轴承润滑特性的影响。结果表明:实际的工程粗糙表面具有各向异性;不同粗糙模型对承载性能的影响趋势与宽径比有关,当粗糙度参数为0.3,轴承宽径比为0.5时,纵向粗糙模型将使最大无量纲压力提升3.9%,而横向模型将会削弱压力水平;当宽径比增至2.0时,横向粗糙模型将使其提升5.7%,从而改善承载性能;动力参数、磁力系数以及应力偶参数的增加均能不同程度地增强液膜压力水平,其中后两者的增加将会使粗糙模型的影响效应显著增强,同时承载力增大且偏位角减小;当应力偶参数从0.2增至0.5时,粗糙模型对承载力的影响趋势随宽径比变化的分界点从1.70增至1.95。