强迫对流下硼颗粒燃烧特性影响因素研究

针对冲压发动机燃烧室内强迫对流下的硼颗粒燃烧特性展开了系统研究,考虑气相流动、扩散和表面单步有限化学反应动力作用,建立了强迫对流下硼颗粒燃烧过程的物理和数学模型;采用有限体积法求解含多组分反应流的二维轴对称Navier-Stokes方程,并验证了数值仿真方法的正确性。首先通过数值仿真研究了来流速度、颗粒半径、环境中氧气质量分数和环境压力等因素对硼颗粒燃烧特性的影响,并对其成因展开了详细分析。研究表明,在强迫对流作用下,硼颗粒总的燃烧质量流率和质量流率通量均随来流速度、颗粒半径、环境中氧气质量分数和环境压力的增加而增大。通过深入分析发现,强迫对流下硼颗粒的燃烧质量流率通量随着来流雷诺数的增加而增大。然后基于大量数值仿真结果,对相对静止气氛下的硼颗粒质量流率通量进行了修正,用于描述强迫对流下的硼颗粒燃烧特性。     

轴承腔油滴沉积特性及油膜流动特征分析

轴承腔的润滑和换热设计依赖于对腔内油气两相流动和换热状态的准确理解。针对先前研究工作的不足,在包含油滴碰撞腔壁热量交换、沉积热量以及油膜温度即考虑温度效应的条件下,开展了油滴沉积特性及油膜流动特征分析。首先分析了单个油滴碰撞腔壁沉积特性,确定了油滴的沉积质量、动量和热量。其次在考虑油滴尺寸分布的条件下,通过离散油滴尺寸范围的方式确定了腔内所有油滴碰撞腔壁的沉积油膜质量、动量和热量。最后借助力学平衡和质量守恒条件,以上述参数为基础计算了腔壁油膜温度以及速度和厚度的分布情况。计算结果表明,随着转子转速的增加,油滴的质量、动量和热量沉积率有所降低,一次沉积油膜质量、沉积油膜动量、沉积油膜热量以及油膜速度均有所增加,而油膜厚度降低。通过与试验数据的对比表明,提出的轴承腔油滴沉积特性及油膜流动特征分析方法是较为可靠的,并且考虑温度效应使油膜厚度的计算更为准确。分析工作为轴承腔的润滑和换热设计提供了一定的参考依据。     

民用飞机风挡表面对流换热系数的校核

适航条款要求在结冰条件下,应确保风挡表面不能结冰,防止影响飞行员视界。因此应确定结冰条件下具有足够的电加热功率使风挡表面温度高于冰点(零度),而影响加热功率的关键因素是外表面的对流换热系数。为了获得准确的对流换热系数,在低速风洞中测量了不同工况下风挡表面对流换热系数,并利用CFD方法建立了一个仿真风洞模型,计算试验工况下的风挡表面对流换热系数,通过测量值来校核CFD的计算值,获得一个修正方法,最终使用这个修正方法计算获得其他工况下的对流换热系数。     

稳态自热型对流换热系数传感器研究

为解决旋转固体表面对流换热系数测试难题,设计并研发了一款基于稳态方法的自热型对流换热系数传感器。进行了管道标定实验,分别与经典经验公式以及自制的标定端进行了对比,结果发现传感器的测试存在一个稳定的比例系数,经修正后相对误差小于5%。采用数值模拟方法进一步从机理方面探究了该比例系数存在的合理性,发现在阶跃加热的情况下存在一个"热调整区",会导致对流换热的阶跃性变化,这种变化类似于"入口效应",同时这种效应不受加热段温度的影响,定性地验证了传感器测量的准确性。     

考虑叶片径向和垂直于壁面方向导热的涡轮叶片对流冷却模型研究

为了提高涡轮叶片对流冷却模型预测精度,提出了一种在叶片固壁内同时考虑叶片径向和垂直于壁面方向(法向)导热的二维对流冷却模型。该模型在弦长方向划分多个元素,忽略元素内弦长方向叶片温度变化,在元素内的径向和法向建立二维导热方程作为叶片固壁温度场的控制方程,其边界条件包括叶表燃气绝热温度、燃气侧对流换热系数和叶片叶根、叶顶热流密度等。给出了该模型二维导热方程和边界条件的差分求解方法。以E~3涡轮高压导叶为例,将模型与CFD计算的叶片外壁面温度分布进行了对比。结果表明,该模型在给定冷气量下预测的叶片温度分布变化趋势与CFD相近,最大温度误差不超过6.5%,计算时间与CFD相比缩短了95%,能够快速、准确预测涡轮对流冷却叶片的冷气需求量。     

自激励旋进射流冲击冷却的对流换热特性

对自激励旋进射流冲击冷却的对流换热特性进行了实验研究.通过对旋进射流出口速度进行频谱分析研究其流动特性,结果表明旋进频率显著地受喷嘴尺寸影响,而Strouhal准则数则受喷嘴尺寸和流量的影响都很小.冲击传热实验表明,由于旋进射流对周围流体的卷吸作用使得射流流速显著下降,强化换热效果反而不及普通的冲击射流,而且随喷嘴尺寸的变化,旋进射流与直射射流之间换热性能的差异也没有统一的变化趋势.旋进射流只有在水平外掠加热平板时,才可能获得比普通射流更高的对流换热系数.      

侧向风速对飞机尾流运动的影响

为了使机场雷达能实时探测和定位飞机尾流,对飞机飞行环境进行合理假设后提出了一个仿真尾流的保守被动模型,该模型能很好地描述尾流中水蒸气等物质的运动演化规律。综合考虑大气环境中风速对尾流的影响,利用该仿真模型对尾流进行了实时仿真,得到了不同侧向风速情况下,不同时刻尾流的状态分布等重要特性。通过分析侧向风速对飞机尾流运动过程的影响,证明了当侧向风速为1.0~3.0 m/s时是最危险的,所得结论可为飞机飞行过程中避免尾流的影响提供理论依据。     

磁控等离子体对收敛喷管性能的影响

采用诱导磁场方程,Mixture混合两相流和磁场修正的湍流两方程模型,研究施加不同强度磁场时,收敛喷管内等离子体的流动和传热特性以及等离子体对尾喷流的包裹情况.结果表明,随着气流在收敛喷管内加速,等离子体被掺混的程度增加.增强磁场可提高近壁面处等离子体体积分数,抑制其湍流度,降低高温气体向喷管壁面的传热.当B_y=1.3T时,磁控等离子体可降低54.4%的壁面温升,增加0.74%的喷管推力系数,在出口4倍当量直径处对尾气仍有一定的包裹.      

强制对流对 Al-4.5wt%Cu 合金枝晶生长的影响

研究了ACRT（坩埚加速旋转技术）对Al-4.5wt%Cu合金在静态温度梯度GL为120℃/cm时枝晶生长的影响。实验发现,在给定抽拉速度下,枝晶一次间距λ1随着坩埚旋转强度的增大而减小;而在给定的坩埚旋转参数下,λ1随着抽拉速度的增大而降低。经过线性回归,发现λ1∝V-b,此处V为生长速度;b的取值范围为0.31～0.38,并随着坩埚旋转强度的增大而减小。此外,坩埚加速旋转产生的强制对流限制了枝晶高次分枝的生长,促使一次枝晶生长过程中的分叉。通过对强制对流的具体分析,解释了ACRT对枝晶生长影响的机理。     

航空发动机圆套状尾喷管流场温度场数值模拟

对某机型双收缩圆环套状尾喷管内, 冷热气流相互掺混的流动传热过程, 作了数值模拟。用SIMPLE思想在曲线系中进行程序设计。该程序可以对任意形状的两股流有(无)掺混时的流场、质量场、温度场、辐射通量场进行模拟, 对二维流动传热问题比SIMPLE程序更具有通用性。最后对某机型的实际情况(形状尺寸), 用区域拼装法生成曲线网格作了模拟。结果说明, 引射的冷空气与热主流在双收敛喷管内掺混, 确实能降低尾喷管内气流温度、降低红外辐射。