离心压缩机密封及空腔流动的一维/三维耦合建模研究

为了在保证数值预测精度的同时降低离心压缩机的建模复杂度,以一维密封泄漏计算替代完整的密封及空腔建模,开展了离心压缩机盖盘密封及空腔流动的源项建模方法研究。结果表明:基于源项方法的密封及空腔简化建模仅需在主流道建模基础上施加泄漏质量流量、总温和摩擦损失源项边界条件,即可较高精度地还原完整的盖盘密封及空腔建模的性能和关键流动细节。与完整建模相比,在全工况下源项建模预测的等熵效率的绝对偏差小于0.65%,总压比和等熵效率的相对性能偏差小于1%。该方法可在满足下游部件匹配设计精度需求的同时,减少50%以上的网格数量,并显著提高计算的经济性和收敛性。泄漏流量的计算精确度是影响源项建模法性能预测准确性的最关键因素,耦合建模可以采用一维计算中推荐的密封泄漏系数值。      

考虑空腔的高超声速多流动区域同步数值模拟

先进的高超声速飞行器具有薄壁空腔结构,在飞行过程中受热会产生空腔内气体流动现象,从而影响流场和结构的温度分布。采用数值方法准确模拟高超声速流场、结构温度场和空腔内流动对热结构分析是很有必要的。以研究空腔流动对结构温度分布影响为目的,发展了一种适用于多流动区域流场/结构温度场耦合问题的同步计算方法,并以高超声速带空腔结构物体为例,数值研究了其外部气动热/结构热传导引起的空腔热对流问题。以已发展的高超声速外流场/结构温度场同步计算方法为基础,为了进一步考虑空腔内低速流场,采用了预处理矩阵方法。在流场与结构温度场的交界面两侧分别引入虚拟单元,从而高效地实现相邻场之间物理信息交换。首先通过标准算例验证了方法在求解单独气动热/结构热传导问题以及空腔自然对流问题中的准确性。进而对封闭和带有开孔的两种高超声速运动圆环分别进行多流动区域同步数值模拟。计算结果表明,由于结构温度不均匀引起的空腔内热对流反之也会对结构温度场分布产生轻微的影响。在空腔内气体流动的影响下,封闭圆环的前缘温度在35s内最多下降0.8%左右。对于带开孔空腔的圆环,其孔壁周边温度在0.5s内能够超过外流前缘驻点温度。     

不等温空腔的有效发射率计算

采用Monte-Carlo法对不等温空腔的有效发射率进行计算分析,讨论了腔壁的不等温性、材料的光谱发射率和方向发射率对法向有效发射率的影响,为黑体辐射源的设计提供了理论计算依据。     

混凝土靶侵彻计算的半经验法

在球形空腔膨胀理论基础上,通过不同强度混凝土材料的侵彻实验数据直接识别建立混凝土材料综合动态强度参数psd与混凝土材料无侧限压缩强度σ-b的经验关系式;从应力波表层损伤理论分析了混凝土表层“开坑区”的侵彻特性,提出“简化等效阻力线”的计算方法;指出球形空腔膨胀理论的阻力算式中取动阻力项系数B=1.5的合理性。理论分析和侵彻实验表明:本文方法适用于小弹侵彻混凝土靶、大弹侵彻混凝土靶和以混凝土材料为面层的部分多层复合靶的侵彻计算,克服了Forrestal半经验法的不足。     

弹性空腔流致噪声/结构振动特性试验

高速空腔中经常存在高强度且多频率分量的流致噪声,空腔噪声与结构振动之间耦合效应严重,甚至可能发生结构共振。为此,在0.6m×0.6m高速风洞中,通过调整空腔底板厚度,改变其结构固有频率,模拟空腔流致噪声/振动相互作用。利用脉动压力和振动加速度测试技术,获取亚跨声速条件下,弹性空腔流致噪声特性及其结构振动响应特性。马赫数变化范围为0.6~1.2。结果表明,当振动强度较弱时,结构振动对空腔噪声影响较小,而空腔噪声对结构振动影响较大,在噪声载荷主频位置,振动谱出现峰值并且噪声/振动相关性达到最强;此外,空腔结构振动还与其固有频率特性密切相关,振动主要以低阶模态为主。     

武器内埋式飞行器空腔流动流场数值模拟研究

本文采用有限体积法、中心差分离散格式、五步Runge—Kutta显式时间推进、应用人工粘性及多项收敛技术，基于自适应笛卡尔网格解算Euler方程的方法，对绕流此类飞行器的空腔流动的流场进行数值模拟，并且进行了初步分析与探讨。     

黑体空腔不等温性对辐射温度计校准结果影响的计算分析

针对常用的圆柱型无盖黑体空腔,分别计算了在对工作波长为单波长(1μm,1.6μm)、波段(3~5)μm、(8~14)μm的辐射温度计进行校准时,由于空腔的不等温性引起的积分发射率变化对校准结果造成的辐射温度偏差。计算结果表明,黑体空腔实际存在的不等温性引起的辐射光谱偏离理想黑体辐射对校准结果造成的偏差是不容忽略的,对于每一个具体的黑体辐射空腔,都要对其不等温对校准结果的影响予以考虑。     

异型封闭腔辐射几何学问题

讨论了解决异型封闭腔辐射几何学问题的几种方法:异型封闭腔内,表面间可见性的判断方法;优化异型封闭腔角系数计算的方法;确定异型封闭腔内定向辐射的壁面辐射源的方法.计算了两种结构喷管封闭腔内的角系数,并从角系数的互换性和完整性定理验证了方法的正确性和有效性,为异型封闭腔的辐射计算解决了几何问题.     

TVD格式数值模拟斜腔内旋涡运动

 采用ＴＶＤ有限体积格式,通过求解非定常可压缩Ｎ－Ｓ方程,对恒定出入口压力比驱动下的斜腔内部流动进行了数值模拟。计算后得到清晰的流场涡系结构及其发展过程；显示了空腔流动中的自维持振荡现象；并分析了剪切层不稳定对周期性振荡的作用机制。     

流动诱导空腔振荡及其声激励抑制的实验研究

实验研究了矩形空腔在外部高速气流作用下诱导的空腔内流支振荡问题，以及从空腔前缘加入纯音声激励以抑制空腔内流动振荡技术。实验发现，在一定的气流速度和空腔几何尺寸下，空腔内流动会出现强烈的自持振荡。采用前缘声激励，在某些声激励频率和适当强度下，通过控制腔口前缘剪切层的初期发展，可使原来处于振荡状态下空腔内的脉动压力级峰值降低１４ｄＢ以上，线性总声压级降低５ｄＢ。