气动谐振管内压力振荡数值计算

为了研究气动谐振管内的加热现象,采用二维轴对称Euler方程组和显式MacCormack格式对谐振管内的非定常振荡流场进行了数值模拟.针对不同压力的驱动气体进行了计算,得到了谐振管底端压力振荡时间历程以及谐振管内其它气动参数的变化规律,确认了谐振管内的压力振荡是由于激波和膨胀波交替进出谐振管引起的,而且与驱动气体的压力相关.计算所得的谐振管底端压力振荡曲线与实验结果相一致,表明了所采用的数值方法对分析谐振管内的振荡流动过程是适用的.     

气动谐振管加热机理数值研究

放置在高速喷流中的半开口气动谐振管在一定的条件下会出现加热现象.针对这一现象,利用数值计算方法计算了一维非定常非线性Euler方程组,采用MacCormark格式,对不同管口条件下谐振管内的振荡过程进行了数值研究.研究发现,当管口压力变化频率处在谐振管的线性谐振频率附近时,管内形成的激波以及激波的反射增强导致了谐振管端壁区域明显的加热效果.对不同的驱动气体和不同的谐振管型式(圆柱形和圆锥形)的数值研究也给出了有价值的结论.研究结果与实验事实或现象是相吻合的.      

气动谐振加热效应的数值模拟

为研究谐振管内部的流动情况,建立了喷嘴-圆柱形谐振管系统的模型,利用二阶NND格式求解二维轴对称雷诺平均N-S方程,通过耦合求解传热方程在边界条件中考虑谐振管的传热,模拟气动谐振加热效应,得到了谐振管底部气体的压力与温度振荡曲线,计算结果与实验结果较为一致.结果表明,在约20 ms内即可完成对谐振管底部气体的谐振加热,且谐振管的传热是影响气动谐振加热温度的重要因素,在数值模拟中对其加以考虑可以提高计算准确性.      

新颖机动变轨化学火箭发动机头部研究

为研究轻型、可靠、环保的空间站机动变轨发动机,在氢/氧液体火箭发动机头部设计中引入了新型气动谐振点火技术.结合发动机推力室设计以及同轴氢氧谐振点火器研究,确定了用富燃的谐振点火火炬与剩余主体氧气再燃烧的发动机头部整体方案.通过对几种主氧喷嘴下发动机头部结构方案研究,选定了主氧喷嘴结构形式.针对发动机要求快速起动、点火响应时间短的关键技术,提出了几种研究实现途径,包括谐振加热装置的结构形式优化、参数匹配优化、材料改进以及点火组元进入时序研究等,以提高气动谐振装置的加热速度及点火能量集聚效率,最终实现了发动机起动时间达到0.2?s以内.     

喷嘴挡板式三通气动阀控缸特性分析

喷嘴挡板式三通气动阀控不对称缸常用于航空发动机起动系统的引气控制。在分析由固定节流孔、喷嘴挡板可变节流孔和容腔组成的喷嘴挡板式气动三通阀原理的基础上,建立了气动三通阀控不对称缸差动系统的数学模型,得到了气源、控制阀与气缸结构参数对三通阀控缸静、动态特性的影响规律。研究发现,通过增大空气填充速率和减少空气需求,可以提高喷嘴挡板式三通气动阀控缸的响应速度,例如增大喷嘴挡板式气动三通阀的固定节流孔直径、减小活塞有效面积、提高供气压力等；理论分析结果与实践结果一致。     

环形液池热毛细对流的线性稳定性研究

对外壁加热的环形液池热毛细对流进行了线性稳定性分析.采用Chebyshev配点法对Pr=6.8、内外径之比为0.5、深宽比A范围为0.25～1.4的数值结果进行分析,发现流动的临界状态均为振荡形式,并且随着A的增大,临界雷诺数减小,相应的临界波数与振荡频率也呈减小趋势.能量分析结果表明,小扰动与基本流相互作用项较小,表面张力在径向做功与周向做功对小扰动的动能变化起主导作用.观察三者与液池深宽比的关系,发现A=0.8时表面张力在径向做功项达到极小值,周向做功项以及小扰动与基本流相互作用项达到极大值.      

基于大涡模拟的平流层浮空器气动特性分析

为研究不同球体间距对“球形囊体型”平流层浮空器(SLV)气动特性的影响,采用有限体格式、结构网格和大涡模拟(LES)计算方法求解不可压缩的Navier-Stokes(N-S)方程,对超临界雷诺数“球形囊体型”平流层浮空器绕流进行数值模拟,并对不同球体间距下的数值计算结果进行详细的分析比较.通过对比试验数据,单球体数值模拟的阻力系数时均值与Achenbach的试验数据一致,验证了计算方法分析超临界雷诺数球体绕流问题的准确性.研究不同间距的双球体阻力变化规律以及振动频谱特性,随上下游球体间距G的增加,合阻力先增大后减小,上游球体的阻力占优振动频率逐渐减小;G=1.5D(D为球体直径)和G=2D时,上下游球体有相同的占优振动频率.随间距G的增加,两球体相互作用与上游球体对下游球体的尾涡结构影响逐渐减弱.      

双组元统一推进系统减压器稳定性仿真

针对某双组元统一推进气路系统采用的高压卸荷膜片式减压器,建立起有限体积瞬变仿真模型,并搭建起减压器特性研究系统的模块化仿真模型.针对试验过程中出现的振荡现象,借助数值手段阐明了各结构和控制参数对减压器工作稳定性的影响,得出了减弱振荡的各种措施:减小阀芯质量,增大高、低压腔体积,增大弹性元件材料的阻尼系数,减小反馈孔直径,增大膜片刚度.与试验和相关文献研究情况的对比证实了某些措施的有效性.     

毛细管束中层流粘性振荡流强化传热的若干问题

本文是作者从事振荡管流换热研究的总结。研究结果表明:流体在管内作轴向振荡运动时,可以极大地强化轴向的传热。本文给出了计及管壁效应的振荡管流换热的精确解析解,公布了变Pr数的实验结果。在此基础上,讨论了影响振荡管流轴向换热的6个无因次参数的物理含义,并指出其中的某些无因次参数在物理本质上就是傅里叶数的倒数的平方根,这将有利于理解振荡管流换热这种非定常换热过程。由本文的精确解析解,经过简化,可以得到国内外已公布的近似解。实验数据和解析解预言的基本规律符合很好。     

二维扰动对下游圆盘压力分布的影响

通过测量阻力和表面压力,研究了干扰圆柱尾迹产生的二维扰动对下游圆盘气动特性的影响,得到圆盘迎风面压力分布的变化规律,并结合以往流场结构的研究,对其机理进行了分析.结果表明在圆盘与干扰圆柱间距比L/D较小时,圆盘迎风面低压区宽度随间距增大迅速增加;当L/D>0.7时,对于同一直径的干扰圆柱,圆盘迎风面低压区宽度基本保持不变;对于不同直径的干扰圆柱,在圆盘前产生低压区的宽度随圆柱直径的增加而变大.此外,利用这种干扰方法,可以降低圆盘阻力,实验得到圆盘阻力可减少约9%,相应的圆柱/圆盘系统的阻力可减小4%.      

大流量气-气喷嘴响应面法优化设计

为研究以气氢和气氧为推进剂的同轴双剪切喷嘴设计参数对推进剂燃烧位置的影响,利用正交表指导喷嘴设计,并对燃烧室流场进行数值模拟.结果表明:在单喷嘴流量相当于航天飞机主动发动机单喷嘴流量8倍的工况下,同轴双剪切喷嘴能实现高的燃烧效率;极差和方差分析显示氢/氧的速度比是对推进剂的燃烧位置影响最大的设计参数,而中心氢流量比例和氧喷嘴的壁厚对燃烧位置的影响不显著.通过构造基于正交多项式的响应面,获得同轴双剪切气-气喷嘴的优化组合参数.     

同轴双剪切气-气喷嘴数值模拟

通过求解 k-ε 湍流模型的Navier-Stokes 方程组,对以气氢/气氧为推进剂的同轴双剪切喷嘴燃烧室进行数值模拟研究.研究结果表明:与传统的同轴剪切喷嘴相比,双剪切气-气喷嘴使推进剂有两个剪切燃烧面,且出口尺寸变化不大;双剪切喷嘴中心氢与氢总质量流量的比例是双剪切喷嘴的关键设计参数,当比例值为0.3时,能充分发挥双剪切喷嘴两个燃烧面的优势,使双剪切喷嘴能在大流量工况下实现高的燃烧效率.     

富氢/富氧燃气同轴直流喷嘴燃烧过程数值模拟

为研究全流量补燃FFSC(Full Flow Staged Combustion)循环发动机气-气喷注器性能,以气氢/气氧(GH2/GO2)预燃室提供的758K富氢燃气和676K富氧燃气为推进剂对同轴直流喷嘴燃烧流场进行了数值模拟.考察了相同燃烧室结构、流量、入口燃气温度条件下,富氧燃气压降、富氢燃气和富氧燃气的速度比、氧喷嘴厚度和氧喷嘴缩进变化对燃烧性能的影响,获得了4个参数的影响规律.数值模拟结果对燃气气-气喷注器结构设计有参考价值.     

喷油器瞬态两相流动的建模方法

为了研究柴油机喷油器内部的气穴现象,采用一种新的方法建模并进行瞬态两相流动的数值模拟. 首先求解针阀开启时刻的稳态流场,然后导入自编的程序进行瞬态流场的计算. 自编程序是基于Fluent提供的用户自定义函数,用于控制模型边界条件,分析针阀受力情况和计算其运动速度. 初始计算条件来自稳态流场,每一步瞬态计算都依赖之前流场的计算结果. 这种建模方法保证了数值模拟的连贯性和真实性,确定喷油器初始条件就可以完整地计算喷油过程,得到每一时刻喷油器内部的压力分布和两相流分布等数据. 研究结果表明,这种新的建模方法是可行和有效的,其数值模拟结果和实验结果相吻合,并能揭示出喷油器喷嘴入口处气穴现象的产生、发展和消失过程,是进一步深入开展柴油喷油系统两相流动特性研究的一种新的途径.     

小几何特性小孔径细水雾离心喷嘴的数值模拟

针对最大流量原理法在设计小几何特性小孔径细水雾离心喷嘴方面的不足,采用Fluent软件中的多相流混合模型,模拟了包含蒸气和水两相的喷嘴内部流动,得到了流量、喷雾锥角等宏观参数,并和实验测量数据以及理论计算值进行了对比,分析了不同结果产生的原因;同时,还对喷嘴内的气液两相体积分数、轴向与切向速度、压力分布等流场特性参数进行了分析,着重论述了与理论模型之间的差异以及相应的机理.数值模拟方法考虑了液体的粘性和壁面摩擦力等因素,较好地反映了喷嘴内部的流场特性,为小几何特性小孔径细水雾离心喷嘴的设计提供了借鉴.      

平板型CPL的设计与实验研究

在对毛细抽吸两相流体回路(CPL)系统进行了系统分析的基础上,设计了平板型CPL,并且搭建了CPL系统实验平台,做了各种工况的启动实验和变热负荷实验。实验结果表明,多孔芯冷凝器平板型CPL系统具有良好的启动性能,并且系统在运行过程中工作稳定,较好地抑制了系统的压力波动。     

三组元喷嘴流量特性的试验研究

对气氢／液氧／煤油火箭发动机重要部件三组元喷嘴的四种类型进行了流量竺性试验;研究了喷嘴流量随各组元喷注压缩的变化规律;分析了喷嘴结构对流量系数的影响;比较了三组元工况和双组元工况下喷嘴的流量特性;测量了离心内混式喷嘴燃料内混腔中的压力并分析了该喷嘴的流量特性。