流场可压缩性对涡相互作用影响的数值研究

涡相互作用作为冲压发动机喷注装置的典型抽象流动现象,研究其可压缩性影响对于认识包含化学反应的真实燃料喷射场具有一定基础理论价值。基于经过数值验证的可压缩Navier-Stokes算法与压力泊松方程初始条件设置方法研究流场可压缩性对涡相互作用演化过程的影响。结果表明,以较高涡旋马赫数表征的可压缩性在改变涡对形态的同时,具有延缓涡旋相互靠近,迟滞融合进程的作用。关于涡对系统开始融合的临界条件,可压缩相互作用开始的临界展弦比与无量纲时间相比于低速涡对明显提高。为在无量纲时间意义下统一不同马赫数涡对相互作用的进程,从涡心密度随时间变化规律出发在不可压涡对特征时间的基础上,初步构建了考虑可压缩性的时间尺度修正关系。     

两方程湍流模型的可压缩性修正及其应用

本文在不可压两方程湍流模型的基础上进行可压缩性修正,给出了ｋ－ε、ｋ－ε两方程模型的可压缩性修正方程,并对亚声平板湍流流动和跨声喷管流动进行了数值模拟,得到了较好的结果。从而证实了两方程湍流模型经过可压缩性修正,能较好地模拟可压缩流动。     

关于当量空速修正计算的讨论

本文指出了一些手册和教科书中关于当量空速修正计算存在的问题。在讨论了问题的原因后，本文导出了当量空速与校正空速之间的关系；并给出了相应的修正计算图表。     

可压缩修正的k-ε模型数值模拟喉道变形的推力矢量喷管

提出利用智能可变形材料,通过喷管喉道变形,实现喷管的推力矢量控制.将标准的后k-ε双方程湍流模型进行可压缩性修正,对喉道二次流矢量喷管进行了数值模拟,并与实验结果进行比较,发现可压缩修正的k-ε双方程模型较标准k-ε模型、单方程模型具有更好的计算结果;同时,利用修正的湍流模型对基于喉道智能变形的推力矢量喷管进行数值模拟,结果表明该推力矢量控制方法较喉道二次流推力矢量喷管具有更好推进效率,但推力矢量角度控制范围降低.     

SST湍流模型改进研究综述

k-ωSST湍流模型是目前综合性能最佳的涡黏模型之一，近年来得到非常广泛的应用。然而，随着问题复杂性的增加和模拟精准度要求的提高，标准SST湍流模型在某些方面呈现出明显的局限性，大量学者对其进行了相应的改进研究。围绕旋转/曲率效应、可压缩效应、激波不稳定性效应、雷诺应力各向异性效应、应力-应变偏差效应和层流/湍流转捩效应等6个方面，对SST模型的改进研究进行了评述，同时对近年的基于数据驱动技术的模型改进也进行了简要介绍；梳理了各种改进研究的思路和发展趋势，阐述了各自的适用性和局限性，并分析了影响改进效果的原因和问题所在。最后，对未来工作提出了建议。     

流体压缩性对发动机滑油通风系统流动特性的影响

为了研究流体压缩性对滑油通风系统流动特性的影响,通过在元件流动控制方程中引入气流马赫数,建立了考虑压缩性的元件计算模型。模型利用可压损失系数来建立元件进出口流动参数之间的关系,以确定进出口气流的马赫数。以发动机滑油通风系统为对象,进行验证计算,计算结果与试验结果非常接近,最大误差不超过4%。从元件、系统两个方面,通过计算深入分析流体压缩性的影响。结果表明:相比于不可压流动,马赫数较小时,空气流量差异很小;马赫数较大时,空气流量明显小于按照不可压流动计算的流量;对于单支路系统,出口Ma为1时可压流计算的空气流量约为不可压流的78%。应用该模型,进行通风系统的一维仿真分析,有利于较为全面地了解系统内气体流动状态和提高计算精度。     

基于改进SST模型的分离流动数值模拟

对SST湍流模型进行了改进,并通过对典型分离流动进行数值模拟,来检验和提高模型预测分离流动的能力.基于亚声速分离流动,提出了提高雷诺应力的模拟精度和分离流修正的改进方法,并进行了对比研究得出结论;在亚声速分离流动分析结论基础上,采用了可压缩性修正方法,开展了跨声速、超声速和高超声速激波/边界层干扰分离流动的数值模拟研究.结果表明:提高雷诺应力的模拟精度和采用分离流修正明显地提高了SST湍流模型对分离流动的模拟能力;适当地可压缩性修正对超声速和高超声速分离流动的计算精度有改善作用.     

可压稀相两相流场的数值模拟

针对可压两相流动，在阻力系数中考虑了可压缩性及颗粒聚积所造成的影响，用TVD格式对沙层，平板及JPL喷管内的气固稀相两相流进行了数值模拟，所获结果和已有的实验数据及有关文献吻合很好，在JPL喷管中，随着质量分数的增加，由于气体和颗粒间的相互作用逐渐增强，气相的温度增大，马赫数减小，但压力变化很小，而随着颗粒直径的增加，气相轴线上的温度减小。     

SST二方程湍流模型在高超声速绕流中的可压缩修正

为模拟高速可压缩湍流问题,对剪应力输运（SST）湍流模型进行了可压缩修正。数值格式采用改进的总变差减小（TVD）格式,并对湍流模型的负值强制项进行了隠式处理。在此基础上计算了绕平板以及基本无分离和具有分离流动结构的压缩拐角的高超声速流动。计算结果和实验数据及半经验公式的对比表明：SST湍流模型的可压缩影响项为密度加权脉动速度的平均与压力梯度的标量乘积。经可压缩修正后的SST湍流模型与原模型及其它可压缩修正模型相比,所计算的壁面压力、摩擦阻力和壁面热流分布具有更高的精度。     

气体的可压缩非定常性对天然气流量计量的影响

利用PIV测试技术对天然气管道内的实流流场进行了可压缩非定常性测试研究,以探究天然气的可压缩非定常特性对天然气流量计量的影响.测试结果表明:通常在充分发展的天然气湍流流动情况下,圆管流的瞬时(0.4~2.5μs)截面体积积分流量存在明显的波动,流量的相对脉动幅值保持在4%以内.这表明管道内的压力在天然气介质中是以纵向压力波形式传递的;而天然气在压力驱动下,由于其本身的可压缩特性,管道截面上的气体密度会出现疏一密相间的变化,相应的瞬间截面流量也会出现大-小相间的脉动.现场试验在测试区上游15D处加装DN100-DN50的变径管后,流场中气流的最大马赫数达到0.2,流量的相对脉动幅值明显大于常规4%的水平,气体可压缩比有明显跃增.此时气体的可压缩以及非定常特性显著,应该认真考虑其对流量精确计量的影响.