运载火箭推进剂复杂流动传热问题数值模拟中的模型简化方法

在运载火箭改进优化或新型运载火箭设计过程中,会遇到各种复杂的流动与传热问题。按照真实产品和物理过程直接建立的数值计算模型过于复杂,不同尺度的结构、流动与传热、长时间的飞行过程相互耦合,出现计算时间太长(数年)、收敛困难、程序调试困难等问题。针对初始条件复杂、飞行过程复杂、边界条件复杂3类具体问题,总结了3种相应的模型简化方法,分别是工程经验法、极限参数法、低维近似法,为推进剂复杂流动与传热的数值模拟提供参考。     

EUROPEAN NETWORK FOR THE NUMERICAL SIMULATION OF SPACE PLASMAS

The Cluster mission of the European Space Agency (ESA) will allow, for the first time three-dimensional measurements in key regions of the Earth's magnetosphere to be carried out. The European Numerical Simulation Network (ENSN) aims at providing a theoretical support to the mission. We describe the achievements of the ENSN during its first period of activity 1991–1994, during which the network was funded by the European Union. In particular, the ENSN has set up (i) thematic Working Groups on the prime scientific goals of the mission, (ii) a code development Working Group to develop numerical simulation codes specifically adapted to studying magnetospheric boundaries and the corresponding scale mixing, and (iii) software models of Cluster instruments to test in a numerical simulation what the set of four instruments will measure.     

k-ε-g紊流燃烧模型数值研究

本文对k-ε-g紊流燃烧模型中模型系数C_R,C_(g1),C_(g2)的选定和计算浓度脉动均方值g的不同方法进行数值研究。计算结果表明模型系数值的选定直接与化学反应速率有关,而其中C_R影响最大。g的计算虽然可有不同方法,而其中微分方程求解最佳。并用实验数据来验证计算结果。     

中心极限定理用于近似计算时必须注意的问题

本文着重指出,在运用中心极限定理近似计算独立同泊松分布随机变量之和的概率时,通常只注意了取n适当大的值,从而导致了差异较大的不同结果。本文指出了不仅要使n适当的大,而且也要使nλ足够地大。当X_h是其他离散型随机变量时,也要考虑类似的问题。     

一种流量阀几何形状设计计算方法

本文推导了提动头式和滑阀式窗口形两种典型调节阀的理论型面线通用坐标方程,在给定A=f(m)的函数关系后,即可计算表达该阀几何形状的曲线方程,从而求得调节阀的精确的几何尺寸。并讨论了为便于加工,型面曲线用直线近似的方法和误差的校核。     

粘性流体大幅晃动的ALE有限元模拟

采用有限元法数值求解了具有自由液面大幅移动边界的Navier－Stokes方程。对流体区域采用了任意的拉洛朗一欧拉（ALE）运动学描述，网格结点可以任意移动而不依赖于流体的运动，结合了拉格朗目描述易于处理移动边界与区域变形的优点和欧拉描述可克服单元缠结的优点，提出了简单合理的网格更新方法，能精确地跟踪运动的自由液面。为了更精确地处理强对流项的作用，采用了迎风流线Petrov－Galerkin（SUPG）加权余量法建立有限元方程。算例表明本方法对贮箱内流体的非稳态大幅晃动过程的数值模拟非常成功。     

Re对Ni3Al屈服强度及断裂强度影响的第一原理研究

为了满足航空发动机热端部件材料力学性能的不断提高,应用基于密度泛函理论的第一原理方法,研究了Re对Ni_3Al金属间化合物力学强度的影响。通过建立掺杂Re前后Ni_3Al的滑移模型和断裂模型,计算了晶胞的不稳定堆垛层错能γ_(US)和断裂能γ_C,进而判断Re对Ni_3Al屈服强度和断裂强度的影响。另外根据经验判据,γ_C/γ_(US)值可表征材料的韧脆性。计算结果表明,Re的掺杂增大了Ni_3Al [11■](111)和[1■0](111)两个滑移系下的γ_(US),使得滑移系不易开动,不易使Ni_3Al发生塑性变形,增大了Ni_3Al的屈服强度。Re增大了Ni_3Al在密排面处的断裂能,使得其不易在密排面发生断裂,增大了断裂强度。关于改善Ni_3Al的韧性,Re的掺杂对于密排面上不同滑移方向的影响具有一定的差别。此研究工作可为改善航空发动机单晶叶片的力学性能提供理论基础。     

内喷管间隙宽度对线性塞式喷管性能的影响

为了了解内喷管间隙宽度对线性塞式喷管性能的影响，提出了对应着同一个内喷管的三种不同间隙宽度的塞锥。采用数值模拟的方法，得到了不同间隙宽度的线性塞式喷管在不同工况下的流场和性能。比较了不同间隙宽度对线性塞式喷管性能的影响，结果表明：增加内喷管间隙会增大线性塞式喷管的面积比和设计压比；内喷管间隙变宽，塞锥表面的压强下降，塞式喷管的性能下降，间隙宽度增大一倍，塞式喷管性能下降1％～3％。另外在计算过程中发现，内喷管的性能是整个线性塞式喷管性能的主要组成部分，占了整个塞式喷管性能的三分之二以上。     

低地球轨道环境原子氧对航天器表面材料聚酰亚胺作用的数值模拟

在建立数学物理模型的基础上，对氏地球轨道环境和地面实验环境下，有无保护层的聚酰亚胺所受原子氧冲蚀作用进行了进行了成功的数值模拟，获得了具有工程应用价值的数值计算结果，并讨论了数学物理模型中各参数对基蚀曲线形状的影响。从数值模拟结果和美国太空实验结果的比较可以看出，本文数据模拟的结果是正确的。该项工作对航天器的设计具有重要指导意义。     

自动驾驶仪可靠性设计的故障树分析

以地空导弹自动驾驶仪系统可靠性的故障树分析（ＦＴＡ）为例，建立了故障树、结构函数，并进行了系统可靠度计算。实践表明，本方法具有通用性，也可用于其他弹上设备的故障树分析。