旋转对固体火箭发动机两相流点火过程影响仿真研究

为研究高速旋转对内外燃管型装药固体火箭发动机凝聚相点火瞬态过程的影响规律，应用计算流体动力学（CFD）流体计算软件，使用用户定义函数（UDF）编程接口建立固体火箭发动机点火模型，对旋转条件下发动机凝聚相点火过程进行模拟。将数值计算结果与地面旋转实验内弹道进行对比分析，验证数值模型的正确性。计算结果表明：①点火药燃气颗粒因旋转做离心运动，大量粒子聚集在燃烧室头部上端，部分粒子附着在发动机壁面，且停留时间较长。②点火药燃气颗粒占比从20%增加到40%，点火压力峰值降低3.93%，发动机转速的升高会造成内弹道平衡压力升高，但点火压力峰会逐渐降低，且峰值出现时间发生延迟，转速达到15 000 r/min时点火压力峰消失。③转速增大，点火颗粒与推进剂传热增大，火焰传播期减小，但燃气填充期和点火延迟增大，点火药燃气颗粒占比为20%时，转速为15 000 r/min较静止条件下点火延迟增加了23.76%。     

单个中性球形颗粒在三维方腔中的运动

采用多松弛格子Boltzmann方法模拟了单个中性球形颗粒在三维顶盖驱动方腔流中的运动。考虑了展向弱受限的对称边界和强受限的固壁边界两种情况下初始位置、颗粒大小以及雷诺数的影响。对于展向弱受限的情形，发现颗粒的初始位置显著影响着最终的运动轨迹。根据相图被划分为三个区域：外层稳定区、内层稳定区以及涡中心区域。通过对颗粒受力的分解解释了其在极限环上运动的机理。此外，还详细介绍了球形颗粒在极限环上的顺时针旋转运动。随着雷诺数的增加，颗粒逐渐向外围靠近，不断旋转达到相应的极限环轨迹。对于选定的初始位置，观察到在高雷诺数时大颗粒向外迁移，而在低雷诺数时大颗粒的极限环靠近涡中心。对于展向强受限的情形，极限环与颗粒的初始位置无关。随着雷诺数的增加，除方腔左上角外，极限环轨迹有向外迁移的趋势。最后，随着颗粒尺寸的增大，极限环向方腔内部收缩。     

烧结压力对FGH4096粉末高温合金显微组织和拉伸性能的影响

采用振荡热压技术和热压技术制备了粉末高温合金FGH4096,研究了烧结压力对合金微观组织和拉伸性能的影响。结果表明，随着烧结压力的增加，样品致密度增加，原始颗粒边界(PPB)趋于严重，晶粒尺寸减小，大角度晶界和孪晶界出现的概率增大，室温拉伸性能提高。振荡烧结压力的引入有助于样品致密度的提高、PPBs缺陷的抑制、晶粒尺寸的减小、室温拉伸性能的显著提升，尤其是延伸率，可由26.1%增加至35.2%,增幅达35%,样品断裂模式由沿颗粒断裂为主变为沿颗粒与穿颗粒的混合断裂。     

镁粉与二氧化碳动态点火燃烧特性数值研究

Mg粉/CO₂粉末发动机是火星探测中较为理想的原位资源利用方案，为了掌握Mg/CO₂粉末发动机稳定点火燃烧特性，在考虑氧化层厚度对Mg颗粒熄火影响的基础上，基于涡耗散/有限速率模型建立了点火燃烧模型，并应用数值计算方法研究了Mg粉颗粒粒径（5μm， 10μm， 15μm， 20μm和25μm）、入口预混气流雷诺数（1500， 2000， 2500， 3000和3500）和CO₂/Mg氧燃比（0.5， 1， 1.5， 2和2.5）对Mg粉/CO₂动态点火燃烧的影响。计算结果表明：雷诺数和氧燃比恒定时，随着粒径从5μm增加到10μm，平均温度升高，平均点火时间延长，燃烧效率增加；随着粒径从10μm增加到25μm，平均温度降低，平均点火时间延长，燃烧效率减少。粒径和氧燃比恒定时，平均温度随雷诺数增加而下降；平均点火时间和燃烧效率随雷诺数增加基本不变。粒径和雷诺数恒定，随着氧燃比从0.5增大到1.5，平均温度升高；随着氧燃比从1.5增大到2.5，平均温度下降；平均点火时间和燃烧效率随氧燃比增大基本不变。     

航空发动机尾气颗粒物流动影响因素分析

为了获得发动机尾喷管内荷电颗粒的流动特性，利用COMSOL软件建立基于气-固-电三相耦合的荷电颗粒运动模型， 以入口压强代表发动机工况，以颗粒直径和荷电量代表故障程度，探寻入口总压、颗粒直径、颗粒种类与颗粒流动的关系，并分析 了入口总压对颗粒分布的影响。结果表明：当颗粒直径小于40 μm时，颗粒速度随直径增大有明显减小的趋势，当直径大于40 μm时，颗粒速度逐渐处于平稳状态；对于同一直径的故障颗粒，其分布受发动机工况影响较小，可以忽略在同一故障程度下颗粒 分布对静电信号产生的影响；颗粒直径影响颗粒速度，而颗粒速度决定静电信号频率。在下一步研究中可通过异常静电信号频率 来判断发动机故障程度。     

基于内嵌式颗粒阻尼器的悬臂梁减振实验研究

针对悬臂梁结构振动控制问题，开展基于内嵌式颗粒阻尼（embedded particle damper, EPD）减振方法的理论与实验研究。应用有限元法分析悬臂梁振动特性，围绕梁前三阶模态频率开展振动控制实验，通过改变填充颗粒的参数（粒径、填充率）和激励力，比较悬臂梁在不同填充情况下的振幅，并使用半功率法计算阻尼比。采用离散元法分析不同情况下颗粒的流变行为，以确定阻尼器最优设计参数。结果表明：颗粒填充率为90%时EPD减振效果最佳；填充颗粒的粒径与系统所受激励有关，本文模型中，激励振幅为80μm时，梁前三阶模态频率下分别填充直径为8、6、1 mm颗粒时效果最好，减振率分别为47.5%、48.7%及71.2%，阻尼比分别提高1.7、3.1及2.1倍。     

颗粒阻尼器耗能特性及振动抑制研究

机电控制系统受振动影响易发生故障，严重影响飞行安全，本文通过颗粒阻尼器对机电控制系统进行振动抑制研究，采用离散元仿真方法研究阻尼器的耗能变化规律与振动幅值、振动频率和颗粒数量的影响关系，并通过BP神经网络对颗粒阻尼器耗能数据进行训练和预测；通过机电控制器的随机振动试验，验证离散元仿真结论与BP神经网络预测模型的准确性。结论表明，离散元仿真在振动频率20～40Hz、激励幅值2～16mm范围内，其他条件一定时，阻尼器耗能随频率和幅值的增大而增大，随颗粒填充率先增大后减小，在57%～70%填充率范围内具有最佳耗能效果；在机载系统随机振动试验中，颗粒阻尼器填充率处于30%～90%范围内均表现出较好的振动抑制效果。仿真和试验结果对颗粒阻尼器在机电控制系统中进一步应用具有指导意义。     

高焓流动中的可压缩颗粒求解器（第1部分）：考虑多物理效应的点力颗粒两相流理论方程

从含烧蚀颗粒的高超声速边界层到航空发动机燃烧室或火箭发动机燃烧室里的气液、气固两相燃烧等问题，都存在弥散相颗粒调制携带流体的两相耦合物理过程。尽管不可压颗粒两相流的理论、数值工具和实验都比较成熟，但可压缩颗粒两相流与不可压缩的情况是截然不同的。本文首先对可压缩颗粒两相流动力学和热力学进行理论研究，理论分析了经典的可压缩流体动力学和热力学方程，把颗粒动力学对不可压流动的调制理论修正拓展到了可压缩情况，发现了可压缩颗粒两相流特有的动量和能量调制无量纲参数；推导了考虑多物理效应的颗粒动力学方程，并将其与携带流体相的控制方程耦合。研究发现，尽管多物理效应下的颗粒动力学是复杂的，但其影响携带流体相的路径是唯一确定的，即：多物理效应的颗粒动力学仅能通过相间阻力调制携带流体相的动量，通过相间阻力做功和热对流调制携带流体相的能量。