冲压燃烧室内的燃料扩散性能研究

应用含组分守恒方程的质量平均Navier-Stokes方程和B-L代数湍流模型,本文数值模拟了带支板引射器的模型燃烧室内部的流场结构,对比研究了支板引射器数量以及燃料注入角度对燃料混合性能的影响.在计算过程中,对方程中的对流项采用了空间为二阶精度的TVD和AUSMPW格式,扩散项则采用了二阶中心差分离散.采用流体力学时间步内的当地积分法克服了非平衡源项的刚性问题,保持了LU-SSOR隐式算法的高效率.研究结果表明,燃料有角度注入及采用多支板构型可提高燃料的混合性能.     

入口温度剖面对喷管流场结构的影响

应用质量平均的Navier-Stokes方程和B－L代数湍流模型，对超燃冲压发动机尾喷管的流场进行了数值模拟研究，在计算过程中，对方程中的对流项采用了空间为二阶精度的TVD格式，扩散项则采用了二阶中心差分离散，通过数值模拟，对比研究了温度非均匀性，三维效应对尾喷管的流场结构的影响。     

基于蜂窝纸板的系留平台缓冲分析与试验

为保证系留气球平台在空投着陆中的安全,必须对其中的压力气瓶进行缓冲分析与实验。文章采用蜂窝纸板作为气瓶缓冲材料,采用LS-DYNA软件,并依据蜂窝纸板实际参数处理材料模型,仿真分析了在不同蜂窝纸板厚度、不同跌落速度和不同着陆姿态下的缓冲过程。根据仿真结果,设计了蜂窝纸板缓冲结构和加速度检测模块,采用吊车起吊跌落进行了实验验证。仿真分析和实验结果均表明,蜂窝纸板厚度为500mm,跌落速度低于10m/s时,气瓶缓冲后加速度低于20gn,可满足空投着陆应用要求。文章基于LS-DYNA的蜂窝纸板缓冲有限元分析是可行的,研究结果对于气瓶类装备的着陆缓冲结构设计有参考价值。     

内嵌火箭的管道流场计算分析

为了研究管道火箭几何分布、工作条件及流道几何外形对流场和二次来流引射特性的影响,以含双方程k-ωSST湍流模式的质量平均Navier-Stokes方程为控制方程,对含火箭的管道流场进行了数值模拟,对比研究了管道火箭位置、燃烧室压强对管道流场及二次来流引射特性的影响。结果表明:在管道火箭膨胀喷流没有碰触管道侧壁前,二次来流流量随火箭燃烧室压强的增加而增加,而一旦火箭膨胀喷流边界快速膨胀至流道壁面,被引射来流流量将很难得到进一步增加;随着飞行马赫数的增加,二次来流冲压作用增强,可用来调制管道流场;远场来流静止对应于起飞阶段,正是火箭在最大燃烧室压力(满功率)工作阶段,由此需要较好地解决火箭与管道的尺度匹配问题,否则很难获得相应的增益,内嵌(支板)火箭概念更适用于起飞后的飞行阶段。     

支板构型超燃冲压燃烧室流场数值模拟

数值模拟了带凹腔的支板构型超燃冲压燃烧室内部的流场结构。在计算过程中，控制方程采用了含组分守恒方程，并与k-ω双方程湍流模型紧耦合的质量平均Navier—Stokes方程，对方程中的对流项采用了空间为二阶精度的TVD格式，扩散项则采用了二阶中心差分离散。采用在流体力学时间步内的当地积分法克服了非平衡源项的刚性问题，保持了LU-SSOR隐式求解算法的高效率。通过数值模拟，对比研究了凹腔构型的位置、长深比(S／H)对燃料混合性能的影响。结果表明，长深比大的凹腔增加了燃料在腔内的停留时间，相应地改善了燃料的混合。位于燃料喷嘴之后的凹腔比位于下游的凹腔更有助于提高燃料的混合效率。     

带支板的冲压燃烧室的燃烧性能研究

应用含组分守恒方程的质量平均Navier-Stokes方程和B-L代数湍流模型,数值模拟了带支板引射器的模型燃烧室内部的流场结构,对比研究了燃料注入角度对燃烧及发动机性能的影响.在计算过程中,对方程中的对流项采用了空间为二阶精度的AUSMPW格式,对扩散项采用了二阶中心差分离散.研究结果表明,燃料有角度注入改善了燃料的混合性能,强化了燃料的燃烧效率,提高了发动机燃烧室的动量增量.此外,燃烧室的性能研究需考虑燃烧效率、总压损失及动量增量等因素.     

关于混合气体输运系数计算方案的影响研究

为了研究混合气体分子输运系数的不同近似计算方案对边界层及射流剪切层流场计算的影响,以含双方程k-ωSST湍流模式的质量平均Navier-Stokes方程为控制方程,分别采用两种计算方案:公式计算混合气体导热系数、扩散系数的直接计算方案和由普朗特数和施密特数等关联混合气体导热系数、扩散系数的关联计算方案,对Burrow和Kurkov实验流场进行了数值模拟。结果表明:与采用直接计算方案相比,采用关联计算方案,流场数值模拟在获得相当的计算结果的同时,大大降低了计算量;抛开与控制方程的相容性问题,混合气体扩散系数各直接计算方案对流场参数计算影响不明显;在湍流计算时,边界层/剪切层区域的混合气体湍流输运系数大于分子输运系数,由此弱化了混合气体分子输运系数不同的近似计算方案对流场数值模拟的影响;相对输运系数近似计算方案,湍流可压缩修正模型对组分剖面的影响更为明显。计算表明,在边界层近壁流场、剪切层流场以及层流流场的精细化数值模拟中,混合气体分子输运系数的计算方案有重要的影响。     

前缘对进气道性能影响的数值模拟

应用质量平均的N-S方程和B-L代数湍流模型，在不同压缩面前缘半径条件下，以高超声速进气道的流场进行了数值模拟，对比研究了进气道压前缘半径对流场结构及性能的影响，在计算过程中，对方程中的对流项采用了空间为二阶精度的TVD格式，扩散项则采用了二阶中心差分离散。     

预爆管设置方式对主爆轰点火的影响

应用含组分守恒方程的Navier-Stokes方程,对H2+O2预混气体的二维爆轰进行了数值计算.在建立方法、及验证的基础上,对比研究了化学动力学模型、预爆轰管几何位置对爆震燃烧室流场及引爆性能的影响.在计算过程中,对方程中的对流项采用了空间为二阶精度的AUSMPW+格式,扩散项则采用了二阶中心差分离散.采用流体力学时间步内的当地积分法克服了非平衡源项的刚性问题,保持了LU-SSOR隐式算法的高效率.非定常计算采用了双时间方法.预爆轰管与主爆震室平行,采用两种设置方案:一种正向安装推力壁上,另一种在推力壁附近与其相对设置.研究结果表明,反射激波及过爆轰驱动在爆轰点火和传播中起重要的作用,与推力壁相对设置的预爆轰管更有利于爆震的引发.     

基于HyShot发动机的试验介质影响数值研究

为了研究试验介质对超燃冲压发动机流场和性能的影响,以含双方程k-ωSST湍流模式的质量平均NavierStokes方程为控制方程,对Hyshot发动机流场进行了数值模拟,对比研究了根据不同模拟准则、来流加热方式获得的来流条件对发动机流场及组合参数的影响。结果表明:直接燃烧加热方式改变了来流的组分和热力学特性;两种模拟(总焓模拟、静温模拟)准则中,依据总焓模拟准则给出的流场参数间的一致性较好;四种污染来流加热方式中,采用燃烧甲烷、补充氧气加热方式、依据两种模拟准则给出的来流参数之间相互一致,可减少对计算结果的偏差性修正;同一模拟准则中,基于不同加热方式提供的来流,计算给出的流场参数间的差异呈现系统性(整体性)偏差;对基于流场参数的组合参数来讲,马赫数和冲量函数系数受模拟准则、来流加热方式的影响程度小于比冲量受相关影响的程度,冲量函数系数可为作为发动机性能的一个关联参量。