喷管中泡状气液两相流影响因素分析

为了获得边界条件对缩放喷管中泡状流的影响,采用包含气泡动力学的连续均质混合流模型,基于求解Rayleigh-Plesset方程的变步长龙格-库塔方法,提出一种稳态泡状流求解的迭代修正计算方法,实现了喷管中流场计算。获得了气泡半径、混合密度在喷管中变化情况。将不同边界条件下的计算结果进行对比分析,得到了气泡平衡半径、喷管入口含气率及入口速度对流动的影响。     

M=1音速流翼型设计计算

来流马赫数为1.0的翼型绕流型态不同于其它跨音速时的流动型态。在数学上,它的远场边值呈奇异性。本文利用Chaplygin转换推导出精确的速度面流动方程,又根据小扰动理论,采用Tricomi方程的奇点近似解析解建立了对应在速度面上来流奇点的边界条件。在用有限差分法进行数值计算时,创建一种新的差分格式,并在不同速度区采用不同座标系统进行线松驰迭代计算,计算表明,其结果是稳定的和收敛的。本文用Spline方法确定出五个仟意的速度面上的边界曲线,经计算,在获得五个音速流流场的同时,也得到五个封闭的音速流翼型。     

超声速绕凹角流动的压力分裂形式简化N－S方程数值解

本文从压力分裂形式的简化Ｎ－Ｓ方程出发，用Ｒｕｂｉｎ格式对超声速粘性流动进行了数值求解，给出了超声速绕凹角附着流及带有小分离气泡流动的结果，与其它数值方法所得结果相比，符合较好。     

一维非定常管流自由开口端边界条件的确定

一维非定常管流自由开口端边界条件的确定,特别是当自由出流和入流都要考虑时,是一个十分复杂的问题。本文系统地研究了这种流动问题,指出了九种可能的波系组合,其中包括亚、超音速出流及音速入流等流动状态。同时亦指出了各种波系组合之间的边界,它们在压力——马赫数状态图上的相互位置以及计算方法,从而为一维非定常复杂管流理论计算边界条件的处理打下了理论基础。本文介绍的边界条件配上随机选取法所得的计算结果与实验十分吻合。     

超声速绕凹角流动的压力分裂形式简化N—S方程数值解

本文从压力分裂形式的简化Ｎ－Ｓ方程出发，用Ｒｕｂｉｎ格式对超声速粘性流动进行了数值求解，给出了超声速绕凹角附着流及带有小分离气泡流动的结果，与其它数值方法所得结果相比，符合较好。     

漂移流模型在大管内气液两相流动的适用性研究

采用光纤探针测量方法对垂直上升管中空气-水两相流动的局部截面含气率分布规律进行了研究。实验选用的管径为100mm,气相、液相表观速度的范围分别为0～0.1m/s和0～1.0m/s。在对光纤探针法的测量精度进行评价和标定基础上,利用实验获得的截面含气率和气泡速度径向分布信息,得出了分布参数与漂移速度,在此基础上对几类漂移流模型进行评价,发现漂移速度的计算方法不同是导致几类模型计算结果存在较大差异的主要原因;综合比较结果表明,Hibiki-Ishii（2003）漂移流模型计算截面含气率具有较高的精度。     

一个跨音速风洞的设计和使用(续)

3-4 喷管及实验段孔壁长度原有的高亚音速风洞圆弧曲线音速喷管性能是良好的,但其长度占实验段结构长度的47.5%,根据国外跨音速风洞资料总结及我们的实验结果,在音速喷管下游需要有一个实验段高度的距离作为低超音速气流加速段,这样余下来可供模型实验用的实验段长度就只占全长的20.6%,显然是不够用的,因此我们重新设计了一个音速喷管,其长度为原长的53.7%,喷管曲线采用Batchelor-Shaw截面积分布律方法,事实证明喷管长度精短了将近一半, 对亚普速及跨音速流爆均匀性均未带来恶果, 可以认为跨音速风洞设计中, 音速啃管外形并不是一个严重简题。     

导弹水下点火的流体动力研究

对轴对称导弹水下点火这一非线性瞬态流动提出以下数学模型及求解方法。水流场假设为理想不可压势流,用边界积分方程法求解;喷管中的燃气流动按准一维非定常无粘完全气体流动处理,用逆步有限差分格式的特征线法求解;喷入水中的燃气流采用简化的等压泡模型,用Euler-Lagrange方法模拟气泡的演化。按照时间步进方法实现了水、气流动和物体运动的数值耦合求解。数值实验结果反映出导弹水下点火时水气流动的一些重要特性。     

进口速度和含气率对气泡-液体两相湍流影响的数值研究

气泡-液体两相湍流规律的一个重要问题是,气泡究竟是加强还是削弱液体湍流,或者何时加强何时削弱液体湍流,尚有待深入探讨.本文用作者们提出的二阶矩液体-气泡两相湍流模型即两相雷诺应力方程模型模拟了二维通道内气泡-液体闭式多股射流在不同含气率和不同进口速度下的气泡和液体湍流脉动速度.预报结果和文献中给出的实验结果趋势一致.研究结果显示出低含气率及低进口速度下气泡增强液体湍流,高含气率及高进口速度下气泡削弱液体湍流的规律,澄清了众说纷纭的看法.     

大尺寸自旋气泡绕流的数值解和气泡的稳态形状

对紧贴下表面的大尺寸自旋气泡绕流问题,本文提出了用涡量流函数差分方法来数值求解。由于几何曲率半径和平衡正压力所要求的半径有差别,气泡形状要缓慢地变化。利用逐次气泡形状的迭代法,求得了最终的稳态气泡形状。     

Pressure wave propagation characteristics in a two-phase flow pipeline for liquid-propellant rocket

The aim of this paper is to investigate the pressure wave propagation behavior in LOX/kerosene rocket engine pump pipeline. A pressure wave propagation model for gas–liquid two-phase flow with phase change taken into consideration is first proposed by using ensemble-averaging techniques. Then condensation of gas oxygen in subcooled liquid oxygen and the corresponding mixing process in pump pipeline are numerically simulated with the application of thermal phase change model in Computational Fluid Dynamics code CFX. Finally, based on the established model and the predicted flow parameters, pressure wave in gas–liquid pipeline flow, characterized by the propagation speed and the attenuation coefficient, is studied by personally compiled code on MATLAB. The calculation results indicate that the propagation speed of two-phase pressure wave first slightly falls and then increases with the decreasing void fraction along the flow direction, and the increase of angular frequency causes the propagation speed and the attenuation coefficient of two-phase pressure wave to increase. The vapor bubble diameter, mass flow rate and inlet temperature of gas oxygen are shown to have strong effects on the mixing flow condensation process of gas oxygen and liquid oxygen. Bubble with larger diameter can weaken the condensation process, and leads to greater cross-sectional mean void fraction of gas oxygen. This phenomenon results in an overall decrease in pressure wave propagation speed and an increase in attenuation coefficient except for the short slug-flow region located at the pipeline inlet. Similar effects can also be achieved by increasing the mass flow rate or the inlet temperature of gas oxygen.     

泵间管气液两相流压力波传播速度数值研究

采用ANSYS CFX热相变模型数值模拟了泵间管气氧和液氧的混合冷凝过程.并应用整体平均两流体模型建立了气液两相流压力波的色散方程,系统研究了泵间管两相压力波的传播速度特性.计算表明:泵间管气液两相波速随空泡份额的增加先减小而后在弹状流区域略微增大,且两相波速随扰动角频率增加而增大.增加液氧流量或降低进口气氧温度,气液的冷凝效果增强,沿管流的空泡份额减小,气液两相波速增大.      

扰动来流下声控机翼分离流动的研究

本文介绍在扰动来流下声控机翼流动的试验装置、低速大攻角时的声控效果以及附面层中流动参数的变化规律,并由此得出：随着来流湍流度的增加,因声激励而产生的附面层中大尺度有序结构涡（ＬＳＯＳＶ）的脉动速度幅值Ｖｌ、湍流度增量ｕ′ａ／Ｕ∞以及升力系数增益△ＣＬ均将迅速减小,而激励声压级有效阈值ＳＰＬｅｆｆ则随之逐渐增大。周期性脉动来流在沿机翼附面层流动中急剧衰减,并对机翼分离流动（包括有或无声控）基本上没有什么影响。     

基于基尔霍夫面的四维声学频域公式

流动诱发噪声问题是实际工程领域极为普遍的问题之一,经典的声比拟模型仅以声学压力为参考来评估声场特征分布还远远不够。从声压和声学速度矢量为变量的四维线性波动方程出发,选择包围非线性声源的基尔霍夫面为积分面,并结合对流格林函数,给出均匀运动介质的四维声学频域积分公式;针对静止、旋转单极子源和偶极子源开展数值预测研究。结果表明：本文获得的声压和声学速度分布与解析解吻合,均匀来流情形下静止点源的声场分布表现出典型的对流效应;受均匀来流、点源的自激频率、谐波阶次和旋转频率的共同影响,旋转点源的声场分布则表现出明显的多普勒效应和对流效应。本文对均匀流矢量气动噪声开展的精细化研究能够为声能量的评估和传输路径预测提供技术支撑,进一步为降噪研究提供理论依据。     

射流边界中基波与亚谐波相互作用的实验研究

采用外加纵向双频声激励方法，以热线测量为手段，对低速、均质、轴对称射流剪切层的K－H不稳定波与其亚谐波的相位差、对两波非线性相互作用的影响进行了实验研究。结果表明，相位差的不同使非线性相互作用中的亚谐波的空间演化不同。尤其是存在一个很窄的相位差范围，落入其中的相位差使亚谐共振（亚谐波与基波的非线性相互作用的一个特定阶段）显著减弱，这与Monkewitz的理论分析定性一致；而且，相位差对非线性相互作用的影响，随着基波初始强度的增大和亚谐波初始强度的减小而趋于消退。     

水下强声波脉冲引发的空化气泡运动和声辐射

通过建立由等离子体声源、PCB压力传感器和高速相机等构成的实验测量系统,研究了强声波脉冲引发的空化气泡运动和二次声辐射。通过实验,观察到了强声波脉冲特有的波形结构,空化气泡的成长、膨胀和坍缩过程以及气泡坍缩时辐射的声信号。其次,利用Gilmore方程和Bernoulli方程,从理论上对空化气泡的运动和声辐射进行了数值模拟和分析。研究结果表明：（1）在强声波脉冲正压区的作用下,空化气泡将受到压缩并围绕＂准平衡态半径＂振荡;在强声波脉冲负压区的作用下,空化气泡将出现膨胀、坍缩和回弹的物理过程。（2）空化气泡坍缩时周期性辐射的声脉冲持续时间极短,具有＂冲击波＂的特点。     

侧载和管径对管内沸腾两相流性能影响实验

为研究飞行过程中侧向载荷对不同管径内沸腾两相流流动和传热的影响,在自行搭建的实验平台上做了多次实验.通过对实验段内流体的压差、雷诺数、孔隙率、热流密度及传热系数等参数数据的处理分析,研究了侧载和管径对管内沸腾两相流性能的影响.结果表明,动载越大,管内压差越大,管外散热越强,流体流量越小,空隙率越低,流体得热的热流密度越低.动载荷加强了单相流的表面传热系数;但对于沸腾两相流有一个先抑制再增强最后削弱的过程.管径对雷诺数、压差、孔隙率、散热能力等也有显著的影响,较小的管径流动阻力较大,而换热能力则有所提升.      

切向流与偏流相互干扰对穿孔板声阻抗的影响

对切向流和偏流相互干扰如何影响穿孔板声阻抗进行了细致的实验研究,结果表明:切向流削弱了偏流对穿孔板声阻的调控,但在较高偏流速度下,偏流对穿孔板声阻的影响仍起主导作用;此外,不同的偏流方式(吹气或吸气)与切向流干扰对穿孔板声阻抗的影响有明显区别。最后,尝试通过有效流量系数把不同实验条件下的数据关联起来。     

AUSM+格式的改进

为了提高AUSM 格式对流场计算中激波和剪切流的分辨率,减小数值振荡和激波后数值过冲问题,本文在原有AUSM 格式的基础上经过数值研究分析,对AUSM 格式进行了声速、特征马赫数的处理方式,对网格界面马赫数等进行了改进,并用改进后的AUSM 格式求解了含有脱体激波、斜激波、剪切流、膨胀扇、及湍流边界层等流动特征的复杂流动.经典型算例检验证实,改进后的AUSM 格式对激波和剪切流的分辨率得到了加强,求解的准确性和收敛性有一定的提高.改进后的AUSM 格式继承了原AUSM 格式优点,计算处理问题能力增强,可以有效地应用于亚声、跨声和高超声流动的工程实际问题中.