喷管分离流动的数值模拟

针对高空喷管地面试验时产生流动分离的现象,用Ｂｅａｍ －Ｗａｒｍ ｉｎｇ 近似因式分解法求解薄层Ｎ－Ｓ方程,对分离流场进行数值模拟。预示了分离点的位置以及喷管壁面压强分布等,可以为高空发动机地面试车提供参考, 并为进一步研究分离的影响因素打下基础     

圆柱谐振腔微波等离子推力器的理论计算

采用耦合求解Maxwell方程、Navier Stokes方程和Saha方程的方法,完成了圆柱谐振腔微波等离子推力器(MPT)的理论计算研究。研究结果表明,MPT稳态高效工作的前提是耦合进入谐振腔内的微波功率与工质气体流量(或腔内压强)应合理匹配,并通过1kWMPT的地面与真空实验,初步验证了理论研究结果。理论与实验研究表明,圆柱形MPT原理可行,研制出的样机实验系统启动可靠、工作稳定。     

脉冲爆震发动机喷管流动的数值模拟

为了研究喷管形状及充气状况对脉冲爆震发动机推进性能的影响,发展了基于有限速率基元化学反应模型的网格自适应有限体积程序,对影响脉冲爆震发动机推进性能主要过程进行了数值模拟,计算结果和相应的实验结果较为一致。锥形喷管的算例表明,不仅锥角对喷管性能有重要影响,而且同一锥角下喷管内的充气状况对喷管性能也有重要影响。在喷管内充空气情形下,爆轰波进入喷管后迅速衰减为激波,扩张管道的超声速膨胀使得喷管壁面压力显著下降,从而削弱了喷管提高脉冲爆震发动机推进性能的作用。在喷管内充燃气情形下,爆轰波进入喷管后可一直维持到喷管出口,显著提高了脉冲爆震发动机的推动性能。     

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。     

微波等离子推力器真空实验研究

微波等离子推力器(MPT)具有寿命长、效率高和比冲高的特点,具有广泛的应用前景。通过对MPT真空实验系统,以及中(-lkW)、低(-l00W)功率MPT结构的介绍,重点论述了MPT在真空环境下的启动和稳定工作特性,并对实验结果进行了分析和讨论,给出了MPT初步性能参数。实验结果表明,在30W-lkW功率范围内,MPT真空环境下启动可靠,工作稳定;氦气(He)的比冲远高于氩气(Ar)的比冲。     

小型微波等离子推力器研究

 介绍约100W 功率微波等离子推力器的系统结构, 谐振模式, 电磁场分布, 电磁场、等离子体和流场的耦合, 喷管中的等离子体复合流动, 真空羽流, 原理实验样机性能及应用前景。     

谐振腔隔板对微波等离子推力器特性的影响

为了探索微波等离子推力器谐振腔内电介质隔板对腔内电磁场及谐振频率的影响规律,用时域有限差分法（FDTD）和离散Fourier变换（DFT）法,对内有隔板,谐振模式为TM011模的谐振腔电磁场及谐振频率进行了数值分析,计算结果表明,隔板的存在不但使腔内轴向电场强度减小,而且使腔的谐振频率向低频方向偏移,隔板厚度愈厚,引起的轴向电场强度的减小和频偏愈大,这些结论为谐振腔隔板的设计,选材,以及谐振腔的设计和调谐提供了理论依据。     

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     

微推偏火箭喷管非对称内流场数值模拟

研究了入流倾斜于喷管超音速段轴线的微推偏喷管内流场。数值方法是具有高分辨率高精度的三维隐式有限体积的ＴＶＤ格式。针对一系列典型锥形喷管和钟型喷管,数值模拟结果得出非对称内流场的侧向力和侧向力矩随喷管几何结构以及入流条件变化的一些特征,并同有关实验结果符合良好,对微推偏喷管设计具有一定的指导意义。     

等离子体激励抑制喷管分离流动数值模拟

为研究等离子体激励器对喷管分离流动的抑制作用,运用了模拟等离子体激励作用效果的唯象学模型,数值模拟研究了交流介质阻挡放电等离子体和电弧放电等离子体对喷管分离流动的抑制效果,并探究了电弧放电等离子体不同放电热功率密度、不同放电位置对抑制效果的影响。结果表明：电弧放电等离子体在抑制喷管分离流动方面有更好的效果。当电弧放电等离子体激励器作用于激波与边界层相互作用区的上游时,对分离流动的抑制效果最好;当电弧放电热功率密度较小时,其产生的诱导射流速度很小且不易对分离区的流线产生影响;当电弧放电热功率密度为8×10¹⁰ W/m³时,喷管的分离回流区完全消失。     

真空小喷管羽流场的Monte Carlo直接模拟

利用直接模拟的Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ方法数值模拟了真空喷管羽流场,获得了符合规律的数值模拟结果。由于将随机取样频率法用于轴对称问题中,解决了计算机内存和速度上的困难,同时也证明了Ｒ－Ｓ－Ｆ方法的可靠性。     

求解可压缩N－S方程的无粘－粘性分数步法

用按物理过程作时间分裂的无粘－粘性分数步法求解可压缩Ｎ－Ｓ方程,无粘步用高效欧拉算法解欧拉方程,粘性步用全隐格式解抛物方程;并采取了有效措施消除由分步法产生的时间和空间不相容性,文中给出了轴对称喷管内外流场的数值模拟结果。     

一种模拟喷管二维流场的新方法

采用ＳＩＭＰＬＥ方法对固体火箭发动机喷管进行了纯气相流场的数值模拟。推导了建立在同位网格之上利用协变物理速度分量为计算变量的离散方程,采用协变物理速度分量推导压力修正方程,对密度采用一阶迎风格式插值,将ＳＩＭＰＬＥ方法扩大到计算可压流动。计算结果表明：本方法计算精度高,收敛速度快,程序编写简单。     

霍尔推力器内部等离子体流场数值分析

建立以宏观电中性、不同种类粒子间滑移流动为基本假设的一维多流体简化模型,构造了相应的数值计算方法,用于分析霍尔推力器(亦称稳态等离子体推力器,简称SPT)的加速器通道内部物理过程。在适当边界条件以及适当模型常数条件下,能够获得无论在定性还是定量上都与实际比较接近的收敛的稳态解。结果显示,电势降落集中在出口附近,离子加速过程与该电势降落一致;在通道前半段电离比较剧烈,而在出口附近趋于平缓,出口电离度接近80％;由于焦耳加热作用,电子从出口截面向阳极漂移过程中,其温度由初始的约10eV首先提升到接近60eV的峰值,该峰值出现在离出口约1／3通道长度位置上;随后,由于越来越多的能量损耗于电离过程,到阳极附近电子温度降至约25eV。受其中的一些假设所限,本模型不能反映一些特殊区域和某些比较重要的物理过程,同时能够收敛的条件也受到了限制。     

长尾喷管两相流流场计算

为了给长尾喷管热防护结构的烧蚀和温度场计算提供准确的热边界条件,从二维轴对称N－S方程出发,采用颗粒轨道模型和有限体积的Jameson格式计算了长层喷管纯气相流场和两相流流场,分析和比较表明：在长尾喷管喉部附近以及扩散段的相同轴向位置,两相流情况下轴线上的燃气马赫数小于纯气相情况下的燃气温度;在进行长尾喷管热防护结构设计时应以两相流流场作为热边界条件。     

固体火箭燃气射流近场形成与发展的数值模拟

固体火箭武器燃气射流的近场区域存在有复杂的波系,膨胀波、压缩波的混合作用是机-弹、弹-舰相容性研究的重要内容,复杂波系压力、温度场的分布是燃气射流动力冲击和热冲击作用的直接因素。因为这一区域流动的复杂性,使得实验研究非常困难。为此应用数值分析的方法,研究了固体火箭高度欠膨胀燃气射流流场起始冲击波、近场波系的形成及发展。计算结果揭示了近场区域的一些特性,与文献提供的数据较为吻合,为工程应用提供了帮助。