微重力环境下蒸发液层热毛细对流的数值模拟

提出了一种新模型来研究由单一物质构成的液层在其纯蒸气中的蒸发.液层置于微重力环境中并且受到水平方向温度梯度的作用,液层的热毛细对流和蒸发耦合在一起,使得气液界面的传热传质规律更加复杂.用理论分析的方法求解了不考虑热毛细效应的纯蒸发模型,得出温度场分布和界面质量流量的解析表达式.对于热毛细对流和蒸发耦合情况,采用有限差分的投影算法同时求解Navier-Stokes方程和能量方程,得到了不同蒸发Biot数和Marangoni数下流场和温度场的稳态数值解.论述了蒸发Biot数和Marangoni数对界面传热传质的影响,提出并解释了蒸发和热毛细对流耦合的三种模式.      

纵向非均匀多孔介质Marangoni对流不稳定性

理论研究了纵向非均匀多孔介质中流体表面张力驱动的对流不稳定性.充满液体的多孔介质层从下方加热,上方自由表面冷却,形成可引起多孔介质液层Marangoni-Benaxd对流流动的纵向温度梯度.采用线性化的Brinkman-Forchheimier方程作为控制方程组,对孔隙率分别为线性函数、正弦三角函数分布的非均匀多孔介质液层的Marangoni-Benaxd问题进行了线性稳定性分析.通过采用Chebyshev-Tau谱方法求解广义特征值问题,得到了系统临界Maxangoni数随无量纲波数变化的中性稳定性曲线,分析和比较了孔隙率的变化对液层对流稳定性和流场结构的影响,获得了纵向非均匀多孔介质液层不稳定性现象的新特征.      

A linear stability analysis of large-Prandtl-number thermocapillary liquid bridges

A linear stability analysis is applied to determine the onset of oscillatory thermocapillary convection in cylindrical liquid bridges of large Prandtl numbers (4  Pr  50). We focus on the relationships between the critical Reynolds number Re_c, the azimuthal wave number m, the aspect ratio Γ and the Prandtl number Pr. A detailed Re_c–Pr stability diagram is given for liquid bridges with various Γ. In the region of Pr > 1, which has been less studied previously and where Re_c has been usually believed to decrease with the increase of Pr, we found Re_c exhibits an early increase for liquid bridges with Γ around one. From the computed surface temperature gradient, it is concluded that the boundary layers developed at both solid ends of liquid bridges strengthen the stability of basic axisymmetric thermocapillary convection at large Prandtl number, and that the stability property of the basic flow is determined by the “effective” part of liquid bridge.     

基于试验数据识别的金属橡胶有限元仿真方法

金属橡胶工程应用分析常需要1种可以与商用有限元软件相结合,适用于复杂结构设计的快捷数值仿真方法。针对金属橡胶的有限元仿真问题,基于ANSYS软件,发展了基于试验数据识别的横向各向同性材料参数确定方法,并采用循环加载、模型更新的方法,实现了金属橡胶材料受压过程非线性力学特性的仿真计算。结果表明:该方法对立方体件在无约束状态下受压过程进行模拟时,相对误差在10%之内;安装约束使其刚度增大,仿真与试验结果相比规律吻合,刚度的误差在30%之内;环形金属橡胶件在径向受压时,仿真与试验测得刚度的相对误差在25%之内。     

自适应直角坐标网格方法在对流换热数值模拟中的应用

复杂几何边界是对流换热计算面临的主要难点之一。自适应直角坐标网格方法可以比较方便的处理复杂几何边界,但其应用目前主要集中于可压无粘流的Euler方程、可压粘性流的Navier-Stokes方程的外部绕流计算。本文应用自适应直角坐标网格方法计算了两个不可压内流对流换热算例,并把计算结果同商用CFD软件STAR-CD的计算结果进行了对比。自适应直角坐标网格方法在本文的两个算例中得到了同STAR-CD一致的结果。这说明采用该方法数值模拟对流换热问题是适用的。      

停车转弯掉高度问题的探讨

首先从分析停车转弯的基本运动入手,根据停车转可能出现的各种情况,重点讨论了停车转弯高度损失的问题,然后较详细地分析了各种转弯情况引起高度损失,最后,以Ｈ６飞机为例进行计算和分析,结果表明,在迫降处置中,可作较大坡度的转弯,以减少高度的损失,为实际飞行提供了最优的操纵手段。     

多谐波法研究带有叶间干摩擦阻尼失谐叶盘系统的共振特性

提出一种高效的多谐波分析方法,以用于研究失谐对带有叶间干摩擦阻尼的叶盘系统共振特性的影响规律.该方法可准确预测叶盘系统在频域的受迫响应,其有效性用数值积分法进行了验证.利用该方法对带有叶间干摩擦阻尼的叶盘受迫振动响应进行了仿真计算,分析了叶盘系统在谐调和失谐两种情况下受耦合强度、黏性阻尼和干摩擦阻尼等系统参数影响下的共振特性.结果表明,提出的多谐波分析法能够高效地研究失谐对带有叶间干摩擦阻尼的叶盘系统共振响应的影响特征,尤其适合考虑各种系统参数的综合影响.     

中心锥对波瓣强迫混合排气系统气动热力性能的影响

在波瓣混合器几何结构不变的情况下,通过分别改变波瓣出口截面处中心锥半径以及波瓣长度建立了一系列几何模型,并采用数值模拟的方法,研究了中心锥关键结构参数对涡扇发动机波瓣混合排气系统气动热力性能的影响规律.结果表明:当中心锥长度不变时,随着波瓣出口处中心锥半径的增加,热混合效率先增加后减小,其中当波瓣出口处中心锥半径为0.55倍波瓣高度时,波瓣混合排气系统出口处热混合效率最大.此外,当中心锥长度不变时,波瓣混合排气系统总压恢复系数大体上不断减小;排气系统出口处推力系数则呈现出先增大后迅速减小.当波瓣出口处中心锥半径不变时,随着中心锥长度的增加,热混合效率和总压恢复系数变化极小,在排气系统出口处,推力系数则先迅速增大后略有降低.      

环形液池浮力-热毛细对流表面振荡现象的临界温差

对于上部开口的环形液池,加载径向温度梯度将使气液接触面上表面张力分布不均匀,耦合于地面的重力作用,将会驱动薄层流体形成浮力-热毛细对流。当径向温度差ΔT达到某一临界值ΔTC时,一定厚度的液层表面就会出现具有一定规律的振荡现象。实验采用高精度激光位移传感系统,测量了液池表面某点位移随液层厚度h和径向温差ΔT的变化曲线,讨论了浮力-热毛细对流表面振荡的临界温差及两种驱动力的耦合问题,进行了表面畸变参数的无量纲分析,考虑了起始环境温度对临界温差的影响,推导了振荡相对较强时液层的厚度范围。     

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。