影响喷管流动分离的因素

应用 Beam- Warming近似因式分解方法差分求解薄层 N- S方程 ,对某型发动机在多种工况下的分离流场进行计算。结果表明 ,燃烧室总压与环境压强的比值控制分离点位置 ;对于相同的喷管扩张段型面 ,喷管面积比对分离位置的影响小 ;扩张段较长的喷管分离点面积比较小     

用改进的 SIMPLE 方法求解喷管流动

应用ＳＩＭＰＬＥ方法求解全速度流动问题,这一方法是以速度分量、压力和温度作为原始变量,密度通过状态方程求得,压力对密度的影响隐式处理。利用此方法求解了粘性喷管流动,并与试验结果进行了比较,吻合较好。     

环喉型圆锥塞式喷管的水下流动分离特性

将塞式喷管概念扩展到水下固体火箭发动机应用领域,为了研究高背压环境下塞式喷管的水下流动分离特性,建立水下塞式喷管流动分析模型,并采用流体体积法(VOF)两相流模型对设计马赫数2.0的环喉型圆锥塞式喷管水下工作时的过膨胀流场进行了气/水耦合数值模拟,计算考虑了气体的压缩性和粘性。计算结果显示:圆锥塞式喷管在水下的过膨胀流动也存在间歇性的颈缩、胀鼓以及回击等不稳定现象;与空气环境下的工作条件不同,气/水界面表现出类似于壁面的约束作用,塞锥外流场形成的波系结构由塞锥壁面和内喷管出口下游气/水界面共同决定;水下超声速气体射流的不稳定振荡引起喷管出口背压和气/水界面的脉动,塞锥表面的分离流场随射流的振荡而变化,根据流场激波结构以及塞锥表面分离特征的不同,可以区分为5种不同的分离流动形态;塞式喷管在水下和空气环境下的分离流动振荡的驱动机理不同,水下分离流场的振荡主要受气/液两相相互作用诱导的射流振荡过程的影响,分离流场附近壁面压强振荡频率覆盖0~1000Hz范围内的较宽频带,且没有显著的特征频率。     

喷管二维跨声速两相湍流流场的数值模拟

采用ＳＩＭＰＬＥ算法,结合分散颗粒轨道（ＰＳＩＣ）模型,在同位网格上实现了喷管中跨声速两相湍流流场的数值模拟。根据Ｒｈｉｅ,Ｃｈｏｗ提出的动量插值概念,以协变物理速度分量作为求解变量,完成跨声速气相流场的数值计算。湍流模式采用ｋ－ε双方程模型,计算结果与提供的实验数据相符合。     

摆动喷管水下工作过程流场及控制特性仿真研究

水下航行体垂直发射是一个非定常、高动态的过程,对基于摆动喷管控制的水下航行体,喷管摆角与动态摆动过程对流场演化、流体动力特性的影响不可忽略。本文采用VOF两相流模型、动网格技术、叠加运动模型与DFBI模型,建立了流场与弹道耦合计算的三维仿真计算模型,研究航行体系留状态与航行状态两种工况下喷管摆动工作过程流场及流体动力非定常演化规律。仿真结果显示,在不发生流动分离的前提下,水下工作的发动机可以提供稳定、无延迟的控制力矩,但超声速射流方向的改变会引起流场的不对称脉动,即使航行体处于系留状态时,航行体仍然会受到流体干扰力矩的影响,导致水下推力矢量控制效率降低,当处于航行状态时,来流会产生诱导干扰力矩,航行体姿态的改变也会产生流体动力干扰力矩,在上述干扰力矩的影响下,控制效率进一步降低。本文研究结果可为水下摆动喷管控制方式的论证提供研究方法与结论参考。     

DSMC法模拟双组元姿控发动机喷管流动

为了准确获得喷管内不同燃气成分的参数,采用直接模拟蒙特卡罗(DSMC)方法结合可变软球(VSS)模型模拟喷管流动。单组分的计算结果与文献比较表明,所采用的程序和计算结果可信。对真空双组元钟形喷管内流动的模拟结果表明,压强扩散和热扩散的综合效应导致质量越大的分子越趋向于向边界层内扩散。     

一维喷管化学反应流的吉尔方法研究

建立了一维喷管化学反应流计算模型,并进行了数值求解,给出了喷管内一维化学反应流计算结果。采用吉尔方法解决控制方程组的刚性问题获得满意效果。计算中解决了化学反应流计算中初值难于给定和喉部条件难于确定等问题。并通过对氢氧发动机喷管的分析计算,证明了这种方法的正确性。     

低密度小喷管流场的DSMC直接模拟

用ＤＳＭＣ方法数值模拟了低密度轴对小喷管的流场流动,获得了相应的结果,并将所得结果与用差分求解Ｎ－Ｓ方程方法获得的结果进行了对比,二者吻合较好。     

爆震管喷管流动数值研究

为了获得高性能的爆震管,应用时空守恒元和解元(CE/SE)法对带不同形式喷管的爆震管进行二维轴对称数值模拟,分析复杂的爆震波流场,研究喷管对爆震管性能的影响。结果表明,爆震管的推进性能的提高受喷管的长度、夹角和形状的影响,其中长喷管性能优于短喷管,收敛扩张喷管性能优于收敛喷管,钟形喷管性能优于扩张喷管。     

塞式喷管冷流实验和数值模拟研究

开展了塞式喷管冷流实验和数值模拟研究。实验模型采用直排的点膨胀构型,实验测量了两种塞体长度的塞式喷管在不同压比条件下的表面压强分布,拍摄了典型工况下流场的纹影照片。数值模拟采用二阶NND格式求解二维N-S方程,计算得到的壁面压强分布与实验结果吻合较好。通过实验和数值模拟验证了塞式喷管高度补偿特性,得到的结论为塞式喷管设计和性能预报提供了依据。     

喷管一维流场化学非平衡通用计算软件研制

研制的火箭发动机一维喷管非平衡流通用计算软件,建立在一个统一的化学反应库之上。该通用计算软件可对推进剂元素为碳、氢、氧、氮、氟、氯的火箭发动机喷管进行一维化学非平衡流数值模拟。通过计算推进剂元素为氢、氧和碳、氢、氧、氮的喷管一维化学非平衡流,得到了喷管流场的速度、温度、密度、压力及各组分的质量百分比等参数,为工程设计提供了依据。     

翼柱型药柱内三维湍流流动仿真

应用Ｓｉｍｐｌｅ方法进行了固体火箭发动机燃烧室中的三维流动仿真。所考虑的物理因素如下：翼柱型药柱,三维加质不可压湍流,移动的燃面边界,燃气的热辐射等。方程为：三维连续、动量和能量方程,ｋ－ε湍流模型,三维热辐射通量方程等。为了处理燃面移动边界,提出了标记网格示踪技术。计算结果获得了固体火箭发动机燃烧室翼柱型药柱中三维流动的参数分布。同时,揭示了某些新现象和新规律：翼和柱通道间的几何匹配及其中的加质强度对流动参数有强烈的影响,甚至可能发生反向流动和旋涡;在一定条件下,翼通道下游附近可能产生明显的周向旋涡。     

燃气射流起始冲击波形成机理的实验研究

利用实验研究的方法对燃气射流起始冲击波的形成机理进行研究。目的在于研究其发生、发展的规律,为寻求降低其危害性的研究提供参考。实验中使用了激光Ｍｏｉｒｅ偏拍仪对起始冲击波场的形成初期进行了光学显示,同时还使用了压阻式压力传感器对起始冲击波超压进行了测量。通过对测量结果的分析,认识了燃气射流起始冲击波的物理本质且总结出其形成和发展的一般规律,它在近场的高峰值超压对火箭武器的承载设备具有破坏作用。     

喷管喉部沉积层的初始沉积速度预估

本文以两种理论分析方法分析了固体火箭发动机喷管喉部沉积层的形成规律.其一,针对喉部沉积层是喉部上游沉积物流动的结果的论点,以粘性层流理论分析了液体薄层的流动性质,并对此论点提出了不同看法.其二,以粒子的宏观运动规律出发,推导粒子的初始沉积速度公式,并取得成功.从而弥补了在沉积问题的理论分析中必须借助于实验资料的不足.     

模拟真空羽流场的特征线法

介绍了特征线法（MOC法）对真空羽流场进行数值模拟的过程,用MOC法进行了喷管出口流动不均匀情况真空羽流场算例的求解,所得结果与理论分析相符合,与DSMC法计算结果吻合,提高了计算效率,节省了计算时间。结果表明：用MOC法可代替DSMC法对连续介质区进行模拟,并可在用N-S和DSMC耦合数值模拟中确定耦合边界。     

非对称大膨胀比喷管研究

通过风洞试验研究了平面二维非对称大量膨胀比喷管跨声速飞行时的喷管特性。研究表明,无二次流的基准喷管在试验压比下,膨胀面气流严重分离,轴向力推力系数Cfx仅为0．29－0．58。带二次流的喷管试验显示,二次流能有效地抑制管膨胀面气流的分离,改善喷管的总体性能。恰当地选择二次流气动参数,喷管的Cfx可以增加至0．97左右,最大流量系数接近0．99。在试验的条件下,最佳的二次流相对喉道高度约为0．25。     

喷管内流场并行计算方法研究

建立了基于区域分解的并行计算方法,将已有的后台阶喷管内流场三维ＴＶＤＭａｃ－Ｃｏｒｍａｃｋ显式格式的串行计算程序改造成为并行程序,获得了较高的并行加速比。并行计算结果同串行结果进行了对比,证明计算是成功的。     

两种椭圆型方程求源项方法在喷管内流场网格生成中的应用

用椭圆型方程生成二维网格,发展两种Hilgenstock求源项方法,实现对网格与边界间距及与边界正交的控制。