环境压力对气液针栓式喷嘴雾化特性的影响

气液针栓式喷嘴在变推力液体火箭中有重要应用。采取实验与数值计算结合的方法系统研究了不同环境压力下的针栓式喷嘴的液膜破碎过程、喷雾锥角、回流区分布、压力和液滴粒径分布等雾化特性,揭示了环境压力影响液膜破碎的3个因素:气流冲击、环境气体密度和环境压力对液膜挤压作用。结果表明:喷雾锥角会随环境压力增加而增大,但该趋势会随压力的增加而逐渐放缓。喷雾整体形态呈现锥形,喷雾中心区域存在低压回流区,回流区的液滴数目较少,但液滴粒径比较均匀。液滴主要分布在气液作用面,下游的液滴粒径较大,外部的液滴粒径比内部的大。液体火箭在启动的瞬间,燃烧室压力变化剧烈,可能导致喷雾锥角发生大幅变化,引起推进剂空间分布不均匀,对燃烧性能产生影响,因此要避免或减小较差雾化效果的燃烧室设计压力区间。     

径向槽布局方式对针栓喷注器雾化角的影响

目前针栓喷注器中心推进剂的喷注形式多采用离散的槽型结构,径向槽布局方式对雾场结构起到了决定性的作用。为了获得气液针栓喷注器雾化角的预测公式,基于控制体分析从动量定理推导出了喷注单元的雾化角理论公式,并通过试验结果修正理论公式得到了动量系数。对于多喷注单元针栓喷注器的雾化角,采用试验结果对喷注单元雾化角的理论模型进行修正,掌握了径向槽布局方式和阻塞率对雾化角的影响规律。结果表明:雾化角的理论预估值与试验值吻合较好;在总流通面积和质量流量一定时,径向槽布局方式对雾化角影响很小;局部动量比和阻塞率对雾化角起决定性作用,当阻塞率不大于14.55时,相邻喷注单元之间的相互作用影响很小,多喷注单元气液针栓喷注器的雾化角与喷注单元的雾化角近似,当阻塞率不小于25.46时,雾化角理论公式中的动量系数推荐值为0.87。     

结构参数对可调节针栓喷注器喷雾特性的影响

为揭示结构参数对可调节针栓喷注器喷雾特性影响规律,综合采用高速摄影和Malvern技术,对液/液针栓喷注器进行雾化试验,分析阻塞比、套筒扩张角等结构参数对流量系数、喷雾锥角和SMD等指标的影响。试验结果表明:阻塞比和套筒扩张角对流量系数影响较大; 动量比相同时,阻塞比对喷雾锥角、SMD及空间分布影响较为显著,是由于局部...     

喷口数与进气道角对固冲发动机补燃室气流掺混的影响

采用N S方程和k ε双方程湍流模型,离散后采用迎风格式进行数值求解,对管道式固体火箭冲压发动机补燃室内燃气与空气的掺混过程进行了数值研究。分析了多孔喷管结构以及进气道角度对补燃室内气流掺混的影响。计算结果表明:具有4喷口的喷管掺混效果优于单喷口的喷管;与30°进气道相比,沿轴向横截面上45°进气道所形成的回流区向进气道一侧偏移,回流区区域减少,强度减弱。     

燃气喷射方式对冲压发动机补燃室掺混效果的影响

在空气进气参数不变情况下,分析了喷口布局、喷口形状、头部型面对冷流掺混效果的影响。结果表明,燃气喷射方式不同,掺混在补燃室中的发展过程也不同,提高补燃室内整体掺混度的方法,不一定能提高头部的掺混度;可提高头部掺混度的燃气喷射方式有5孔交汇喷射、5孔偏心喷射以及头部采用椭球型面。     

变锥角SGCMG系统的奇异躲避路径规划策略

将锥体上五个单框架控制力矩陀螺（SGCMG）框架轴与底面的锥角视为姿态机动任务前的调整变量,建立了锥角可调的五棱锥构型SGCMG模型。通过锥角可调SGCMG系统的复杂奇异性分析,推导了陀螺奇异测度对时间的导数与陀螺框架角速度的关系,进而提出考虑奇异躲避的路径规划策略。基于Gauss伪谱法的路径规划结果表明：锥角可调的五棱锥构型SGCMG系统可有效提高特定机动方向的控制能力,显著减少空间站姿态机动所需时间;所提出的考虑奇异躲避的路径规划策略可有效避免陀螺奇异。     

喷嘴入射方式对气体-液滴群掺混的影响

通过数值模拟的方法从冷态方面研究了金属/水反应冲压发动机二次掺混室内横流气体和通过压力旋流喷嘴雾化的液滴群的掺混情况.提出了掺混度、不均匀浓度因子和等浓度线这3种特征量作为评价指标,分析了不同喷嘴入射角度情况下,液滴群对横向交叉气流的影响以及气流对液滴群掺混的作用.结果表明,液滴群的加入使气流中产生了尺度不同的涡,促进了湍流;喷嘴附近的掺混初始阶段,大涡作用使液滴分布很不均匀,喷嘴下游,涡的尺度减小,对液滴的扩散影响减弱,但初始的喷雾形态和液滴趋向高应变和低涡量区域造成了壁面处液滴浓度仍然高于其他区域;喷嘴垂直无偏入射的掺混优于轴向或切向入射;轴向向上游偏转入射优于向下游偏转入射;切向偏转角度越大,越不利于掺混.     

气液针栓喷注器在节流水平下的雾化角模型分析

为了实现气液针栓喷注器在节流水平下雾化角的准确预测,首先基于控制体分析从动量守恒出发建立了中心推进剂偏转角理论模型,在获得中心推进剂偏转角的基础上建立了雾化角理论模型,并通过试验结果引入变形因子C,最后根据试验结果和数值模拟结果验证了两个模型的准确性.结果表明:中心推进剂偏转角主要受节流水平影响,雾化角主要受动量比和中...     

薄膜区传热传质蒸发对毛细蒸发弯月面稳定性的影响

蒸发毛细弯液面的稳定性对两相传热装置的运行有着重要意义。由于弯液面的蒸发50%以上发生在一个微小区域,即延展薄膜区,可以预期不稳定性将最先产生于这一区域。为对蒸发弯月面的稳定特性进行机理性研究,首次提出一种将线性稳定性分析与薄膜区传热传质数值分析巧妙结合的研究方法。该方法通过传热传质数值分析获得能够反映弯月面稳定特性的特征膜厚和长度,并将其应用于线性稳定性判据以获得弯月面的临界过热度。分析表明,两种方法的结合可以有效揭示蒸发弯月面的稳定机制,特别是毛细管半径、弯液面温度和工质的热物性对弯月面稳定性的影响。与相关文献报道的实验结果比较,证实了该方法的有效性。     

立式捏合机搅拌桨螺旋角影响数值分析

以计算流体力学方法为工具,研究了搅拌桨螺旋角对立式捏合机混合性能的影响.建立了立式捏合机混合过程的流体运动方程,完成了混合锅内流场的数值模拟,确定了立式捏合机混合性能评价指标,详细分析了搅拌桨螺旋角的变化对评价指标的影响.分析表明,当空心桨螺旋角取43°～48°范围内的值时,立式捏合机具有较好的扭矩特性,混合同样体积的物料时单位体积功耗小,同时具有较高的轴循环能力和稳定的剪切特性,混合效率也较好.     

某型蒸发式稳定器气动及燃烧特性研究

为解决亚燃冲压发动机在高速低温来流条件下的可靠点火、火焰稳定和高效燃烧问题,对某型蒸发式火焰稳定器分别进行了冷态流场和燃烧流场的数值研究,并与常规V型火焰稳定器进行了对比分析。研究结果表明:在给定范围内,蒸发式稳定器随来流速度的增大,总压恢复系数和停留时间明显减小,回流区长度、回流率和燃烧效率变化不大;与相同槽宽的常规V型火焰稳定器相比,回流率明显减小,总压恢复系数、回流区长度和停留时间略有减小。蒸发式稳定器后部形成明显的回流区,且基本上不受外部主流流动的干扰,通过单独控制稳定器局部供油,可以使稳定器在最佳油气比下工作,有利于在高速来流条件下可靠工作。     

电离层小尺度因素对无线电大气掩星弯曲角的影响

历经25年的发展,基于GNSS的无线电掩星技术已经成为一种有效的临近空间探测手段,但是在无线电大气掩星观测及数据处理过程中不可避免地会受到各种误差的影响,其中,电离层是重要误差源之一。由于电离层小尺度因素的存在,GNSS信号在穿越电离层过程中会受到影响,表现为振幅和相位上的振荡,并最终影响反演所得的大气弯曲角产品。文章基于COSMIC大气弯曲角数据,研究电离层小尺度因素中扩展E层（Es层）及F层不均匀体在中低纬地区对无线电大气掩星的影响,通过计算不同高度区间内的弯曲角偏差标准差统计研究电离层Es层及F层不均匀体发生率与大气弯曲角振荡的关系。结果表明,Es层及F层不均匀体能够引起大气弯曲角振荡,表现出弯曲角随纬度、磁地方时及季节变化的特性,且这些电离层小尺度因素能够影响到的高度区间为35～80 km。该研究有助于进一步认识电离层小尺度因素对GNSS无线电大气掩星探测技术的影响,以及后续提高大气掩星产品的数据质量。     

一次进水角度对水冲压发动机比冲性能影响研究

为了研究一次进水角度对二次进水水冲压发动机比冲性能的影响规律,建立了发动机补燃室两相流反应模型,对镁基水冲压发动机补燃室流场进行了数值模拟,获得了发动机喷管出口温度、出口压力、出口气流速度及发动机比冲随一次进水角度的增大先升高后降低的变化趋势,在此基础上进行了水冲压发动机地面直连式试验研究.结果表明,一次进水角度在40°左右时,二次进水水冲压发动机比冲性能较优.     

攻角变化对超音速进气道再起动特性的影响

以二维非定常可压缩流的N-S方程为控制方程,采用SST k-ω湍流模型对攻角变化引起的超音速进气道再起动过程进行了数值模拟,研究了攻角变化对超音速进气道再起动特性的影响.结果表明,当超音速进气道不起动时,可通过合理改变攻角实现进气道的再起动工作;超音速进气道的再起动攻角随攻角变化速率的增大近似呈线性增加;攻角变化速率较...     

反应气体配比对C/SiC复合材料ICVI工艺沉积性能的影响

研究了均热法化学气相渗透工艺过程中反应气体浓度、配比及流动对沉积物和复合材料性能的影响，提出了一种简单反应气体在线监控法。XRD分析结果表明，当H2／MTS摩尔比在2－5之间时，可沉积出纯净均匀的碳化硅基体；而H2／MTS摩尔比小于1时，沉积物中含有大量自由碳。SEM分析表明，甲基三氯硅烷的浓度对沉积速率和沉积深度影响很大，随着甲基三氯硅烷的浓度减小，沉积深度增大，但甲基三氯硅烷的浓度减小引起沉积速率下降，沉积周期延长，确保护内反应气体流动畅通，可提高沉积的均匀性和沉积速率。     

火箭发动机喷雾均匀性数值分析

喷雾均匀性对火箭发动机燃烧室内掺混效率和燃烧强度有着重要影响。以火箭发动机为对象,研究了喷雾均匀性。为了对雾化场均匀性给出定量指标,对燃烧室横截面内周向和径向方向上进行区域划分,定义了能定量衡量雾化场均匀性的参数。利用商业软件对火箭发动机燃烧室内喷雾场进行了数值模拟,结果表明,合理调整喷嘴喷射角度,能够有效改善喷雾均匀性。     

推进剂装药混合过程安全性研究

对推进剂混合过程安全性进行了研究。以立式捏合机混合为实例,分析了扭矩变化规律,得到了混合过程扭矩变化最大值峰出现在固体料加完的工步,也是危险性较大的工步;发现了混合机加料过程扭矩随固体含量增加为二次曲线函数,拐点为固体含量85%,超过此值扭矩值变化增长迅速,提出高固体含量配方加料模式;验证了抽真空工艺、固化剂加入前后粘合体系交联反应对扭矩的影响;采用经验公式拟合出扭矩与混合量呈三次曲线函数关系、与转速呈线性关系来预示需控制扭矩值;以求安全、保质量为最佳混合工艺指导推进剂生产。