管道系统激波运动的数值模拟

对激波在管道，活塞腔系统内运动的两种数值模型－－一维非定常气体运动模型的二维轴对称气体运动模型，进行了数值模拟，其计算曲线与相应的实验曲线符合较好，表明基于Ｇｏｄｕｎｏｖ格式的激波运动计算方法能成功地处理含有激波且边界条件复杂的管道系统内气体运动问题，因而能较精确地预测管道系统内详细的和变化过程，特别是预测激波在管道系统内的传播过程。     

稀薄流到连续流的气体运动论统一算法研究

通过引入碰撞松弛参数和当地平衡态分布函数对BGK模型方程进行修正，确定含流态控制参数的各流域均适用的气体分子速度分布函数简化控制方程。发展和应用离散速度坐标法于气体分子速度空间，利用一套在物理空间和时间上连续而在速度空间离散的分布函数来代替原分布函数对速度空间的连续依赖性。基于非定常时间分裂数值计算方法和无波动、无自由参数的NND耗散格式，建立直接求解气体分子速度分布函数的气体运动论有限差分数值方法。发展可用于速度空间宏观取矩的离散速度数值积分方法，获取物理空间各点的流动参数，由此发展一套能有效模拟各流域三维绕流问题的气体运动论统一算法。研究气体运动论数值算法所适合的并行方案，基于统一算法的HPF并行实现，建立一套能有效模拟不同流域复杂外形体绕流的HPF并行算法软件。通过对不同Knudsen数的一维、二维、三维气体绕流问题进行数值计算表明，计算结果与有关实验数据及其它途径得到的研究结果吻合较好，证实了本文发展的统一算法在求解稀薄流到连续流不同流域复杂绕流问题方面的可行性。     

球形气体支承的动态特性

本文研究球形气体支承，支承中通过环形截面和一系列间隔的供气装置向润滑层供气。当球心偏离中心位置的位移参数很小时，气体润滑的不平衡雷诺方程将简化为准平稳形式，这样可以对其进行积分，而与活动球的运动方程组无关。     

高速列车穿越隧道时一维非定常流的数值研究

本文采用特征线方法，对高速列车穿越隧道时引起的一维非定常流动进行数值研究，在流动的控制方程中，对Ｋａｇｅ等人的能量方程进行了修正，以计入侧壁在径向运动时对气体做功，该修正一方面从理论上消除了能量方程与等熵假定间存在的不致性，另一方面，数值计算的结果表明，侧壁径向运动时气体做功的影响在本项研究中是不能被忽略的。     

一种求解低速跨流域流固耦合问题的离散统一气体动理学格式

运动边界及流固耦合问题是低速及高速、连续流域及稀薄流域流动中常面临的多场耦合问题。本文在原始离散统一气体动理学格式基础上，采用任意拉格朗日-欧拉方法及动网格技术，并耦合计算结构动力学，实现适用于低速流动运动边界及流固耦合问题的计算方法。在方法验证方面，进行连续流域圆柱绕流强迫振动和自由振动数值模拟，计算结果与参考文献结果吻合良好，准确捕捉圆柱在锁频区和非锁频区的流动特性。在稀薄流域范围，将方法中的连续流D2Q9离散速度模型替换成跨流域离散速度模型，对比低速圆柱绕流强迫振动算例在两种离散速度模型下的数值结果。虽主要关注低速流动问题，但发展的算法仍具备模拟高超声速运动边界问题的能力，对此进行了Ma=5.0稀薄流振动圆柱研究。低速和高速运动边界模拟能力显示了方法在考虑稀薄气体效应流固耦合问题方面的潜在应用价值。     

圆柱形谐振管气动谐振加热现象的理论分析

为了分析谐振管中气体温度在射流的长时间作用下能升高至某定值但不能无限升高的原因,针对由声速喷嘴和圆柱形谐振管组成的系统,利用激波理论对圆柱形谐振管中周期性运动的激波与膨胀波对气体的作用进行分析,认为激波使管中气体温度升高、膨胀波使气体温度降低,它们的周期性作用使管中气体温度能够累积升高,随着气体温度的升高,激波的加热作用减弱,并最终消失,管中气体温度达到某定值。     

跨流域三维复杂绕流问题的气体运动论并行计算

通过研究求解描述跨流域三维绕流问题的Boltzmann模型方程气体运动论耦合迭代数值格式,分析气体运动论数值计算方法的内在并行性;从变量依赖关系、数据通信与并行可扩展性三方面开展基于离散速度空间区域分解计算的研究,发展求解稀薄流到连续流跨流域三维复杂绕流问题的并行算法。通过对不同Knudsen数、不同马赫数、不同攻角三维球体及返回舱绕流的并行计算,计算结果与实验数据和理论分析吻合较好。研究表明,该并行算法负载平衡和并行可扩展性较好,对不同并行计算机系统具有很好适应性,显示直接求解分子速度分布函数的气体运动论计算方法有良好的并行计算特性。     

直喷式柴油机缸内气体运动和燃油喷雾的二维数值分析

本文应用任意拉格朗日-欧拉法(ALE)对直喷式柴油机缸内气体运动及燃油与空气的混合过程进行数值模拟。采用二维轴对称坐标系和按规定速度运动的任意四边形网格单元,燃烧室可具有较复杂的几何形状。燃油喷雾用气体射流模拟。湍流模型采用简化的亚网格尺度湍流粘性公式。对两台具有伞喷系统的柴油机做了模拟计算,其结果与实验相吻合。     

喷嘴内湍流运动对火焰浮起长度影响的数值模拟

为考虑喷嘴内部湍流运动对燃油雾化和火焰浮起长度的影响,将喷嘴内部的湍流流动以权重的形式加入初次破碎模型中,并对二次破碎模型进行了修正。建立了完整的燃油雾化和燃烧的数学模型。通过与实验数据对比来验证燃油雾化模型的准确性,并讨论了喷嘴内湍流运动对燃油雾化过程的影响。结果表明,湍流运动会加快液滴破碎和蒸发的速率,从而减小燃油蒸气贯穿距。火焰浮起长度的计算采用本文建立的燃油雾化模型,成功计算了火焰浮起长度随氧气体积分数、气体密度、气体温度和入射压力变化的规律。同时发现在不同气体密度和氧气体积分数的工况下,喷嘴内部湍流运动对火焰浮起长度的影响基本保持不变,分别为9%和13%;入射压力和气体温度的升高会导致喷嘴内部湍流对火焰浮起长度的影响逐渐变大。      

激波结构内流动问题的气体运动论描述

从介观Boltzmann速度分布函数理论出发,发展计及分子粘性碰撞截面与扩散碰撞截面,可描述各流域一维气体流动问题的Boltzmann简化速度分布函数方程及其气体运动论数值计算方法。通过对不同Knudsen数下非定常激波管流动及不同马赫数定常正激波结构问题数值模拟,研究分析不同流区的激波突跃变化过程以及近连续流、稀薄过渡流特有的分子输运现象,揭示不同马赫数、不同分子模型的激波内流动与传热变化规律,证实基于Bo-ltzmann模型方程的气体运动论数值计算方法用于激波结构内流动研究的准确可靠性。     

用二阶矩两相湍流模型模拟鼓泡床内气泡—液体湍流两相流动

建立了二阶矩气液两相湍流模型，模拟了不同工况下二维矩形断面气液鼓泡床中气泡－液体湍流两相流动，给出了气泡和液体的速度场、气泡体积分数和两相雷诺应力分布，基本工况的模拟结果与美国俄亥俄州立大学PIV测量结果符合较好。文中研究了不同气体表观速度对两相流场的影响。模拟结果显示了鼓泡床内液体的回流流动和气泡的上升运动、各向异性的上湍流，气泡湍流脉动比液体的强，以及气泡体积分数和两相湍流强度随着气体表观速度的增大而增大等规律。     

W18Cr4V激光表面合金化熔池的形成

本文利用０－２ｋＷ连续可调ＣＯ２气体激光器对Ｗ１８Ｃｒ４钢进行表面合金化处理。在研究了激光辐照温度场模型以后，分析了金属的激光加热过程以及激光溶池内的受力和对流运动。根据组织特征考察了激光辐照后材料的凝固模式。     

大气水凝物粒子穿越头激波后的运动

为了求解有蒸发、融化和机械剥蚀的大气水凝物粒子进入头激波层的运动(通称粒子云问题),常采用先给出驻点区气体流场,再计算每个粒子在其中运动的方法。本文对此采用了有相变的气固(和气液)两相流动的二流体模型,并用直线法作了求解,得到了气体和粒子在双向耦合和单向耦合下的流场,并给出了单向耦合的适用范围。最后对问题的表述、求解和结果作了讨论。     

气体运动论BGK格式的翼型绕流数值模拟

以气体运动论BGK(Bhatnagaar-Gross-Krook)格式为基础,通过改进非均匀网格下的通量计算方法,把气体运动论BGK方法应用到二维贴体网格上模拟了可压缩的无黏和黏性流动。在重构阶段,以交界面周围4个网格单元为一组,先把每个网格单元的宏观量(密度、动量和总能量)转换在相对于交界面的坐标系下,然后使用van Leer限制器插值求出交界面的宏观量,在求解阶段再使用BGK理论求出流过交界面的通量。通过上述方法使贴体网格和均匀网格,在计算格式上一致,与其他求解二维贴体网格的气体运动论BGK方法相比,该方法相对简单,计算量减小。结合贴体网格通量计算和气体运动论BGK格式方法理论,分别对亚、跨、超声速下的NACA0012翼型绕流进行了数值模拟和对比研究,所得可压缩无黏流动的数值结果与北大西洋公约组织航天研究与发展咨询组(AGARD)的结果吻合良好。本文还模拟了低雷诺数状态下的可压缩黏性流动,所得结果与文献中的数值计算结果吻合良好,证明了该方法在数值模拟及激波捕捉方面具有鲁棒性,为在复杂流动中的应用提供了一种简单的途径。     

球面螺旋槽动静压气体轴承动态特性试验

根据轴径偏离稳态平衡位置进行变位运动时气膜力的变化规律,建立气膜刚度和阻尼系数的计算矩阵方程,使用滚动迭代算法计算气膜瞬态刚度和阻尼系数。分析升、降速阶段气体轴承在周期1、周期2和混沌运动过程中瞬态刚度和阻尼的振动特征,研究气膜涡动和振荡的力学机理,以改善气体轴承动态特性、减小气膜涡动和振荡,提高气体轴承运行的稳定性。结果表明:通过气膜刚度阻尼系数变化特征可以判断转子的运行状态。当气膜力波动,刚度阻尼系数出现周期性波动变化,引起气膜振荡;当气膜瞬时刚度系数波动幅值增大10倍以上,轴承转子接近临界失稳进入混沌运行状态;当气膜刚度阻尼系数发生畸变,轴承出现碰磨失效。     

气体动压轴承-转子动力系统稳定性及分岔

基于非线性动力学理论, 研究了普通圆柱型径向气体动压轴承支承的转子动力系统的运动稳定性和分岔.建立了气体动压轴承-Jeffcott转子系统的力学模型, 并采用有限元方法逼近非定常气体雷诺方程, 得到任意时刻的气膜力;数值模拟该非线性动力系统的长期行为, 得到了轴颈中心的运动轨迹;并采用轨迹图、相图、分岔图以及功率谱等, 研究了系统的非线性行为以及不平衡响应的稳定性.研究结果表明:该方法对气体轴承中存在的气膜涡动问题能够给予合理的解释.      

石墨炉原子吸收法测定高纯气体中微量金属方法的研究

本文采用自行设计的气体样品采集装置采集气样，用石墨炉原子吸收法测定高纯气体中的微量金属，本方法对气体中金属元素的吸收率高，操作简单，可监测高纯气体中１０＾－９ｍｇ／Ｌ级的金属杂质。     

球形气体支承的静态特性

本文研究球形气体支承，在支承中将气体强制馈送进间隙，保证了气体润滑层的承压能力。     

优化CVI反应器气体流场的可视化研究

ＣＶＩ（化学气相浸渗）反应器内气体的输运对基体的沉积速度与沉积质量有重要的影响。用一套结构简单、可操作性强的气体流动可视化设备，对底部进气的等温等压ＣＶＩ反应器内气体流场进行了模拟研究，得到如下结论：在气体入口处采用涡流器与多孔整流器，能消除中心射流并减小上部回流区域，扩大反应器的有效使用空间；使衬底与气体主流方向成一定的夹角，能有效阻止气体边界层的分离。     

梯度磁场推进扩散火焰燃烧的实验研究

用数字粒子图像测速技术(DPIV)测量了扩散火焰周围气流在梯度磁场作用下的速度分布,并与无磁场作用下的速度分布比较。结果表明当梯度磁场作用于扩散火焰时,火焰周围气体运动被加速,火焰的形状变得尖锐,亮度增加。实验定量地验证了梯度磁场可以诱导气体对流的发生,从而进一步推进扩散火焰燃烧反应。