低压电场驱动下膜分离 CO2的研究

以离子交换膜为基础,进行预处理和化学改性.研究了不同预处理条件、化学改性方法及低压电场的电压对离子交换膜的CO2分离效率的影响.结果表明,改进处理条件、施加低压电场及在膜中加入亲水物质可明显地增加离子交换膜的二氧化碳通量.     

不同射流状态下射流气体与高超声速主流相互作用影响

为研究不同射流状态对高超声速飞行器气动加热的影响,对高超声速来流条件下方孔和圆孔横向射流模型进行数值模拟,讨论射流压强、射流速度及射流方向对主流流场的影响,得到了不同射流状态下流场结构、壁面温度热流分布及壁面中心线温度热流变化。结果表明:射流在一定程度上能缓解壁面气动加热情况,壁面引射效果更好,壁面引射速度1 m·s~(-1)时壁面热流降低接近三分之二。在高速(Ma1)射流情况下,适当增大压强和速度,均会使得射流下游的冷却效果加强;在中低速(Ma0.6)射流情况下,射流基本上不改变主流流场而在边界层内流动,流速越大,冷却范围越大,冷却效果也相对较好。射流方向与主流方向夹角为锐角时,利于射流孔下游降温;夹角为钝角时,利于射流孔上游降温。     

脊状表面近壁区湍流度分布规律

通过对不同风速下,不同形状、尺寸脊状表面及光滑平板表面边界层内湍流度的测试,对比分析了脊状表面近壁区湍流度的分布规律。试验在小型直流风洞中开展,流场测试中使用恒温式IFA 300智能型流动分析仪,测试模型则采用有机玻璃及铝两种材质的平板模型。在脊状表面理论零点及壁面摩擦速度的计算中,采用了基于紊流边界层对数律区流速分布公式同时计算壁面理论零点和壁面摩擦速度的改进方法。最终测试结果表明:脊状表面边界层过渡区和对数律区内湍流度与平板相比显著下降,最大降幅超过10%,证明脊状结构的存在有效减弱了壁面近壁区内"猝发现象"的发生。     

射流角度和壁面曲率对撞壁液膜的影响

射流角度和壁面曲率是空间液体火箭发动机液膜冷却设计的重要参数,通过实验研究了入射角和壁面曲率半径对射流撞壁液膜形态和液膜厚度的影响;实验中液膜厚度的测量采用探针法法测量。对射流撞壁的溅射现象进行的分析表明,射流由壁面附着状态转变为液滴飞溅状态的临界We数为214.1,射流撞壁后由附壁状态转变为溅射状态的临界入射角度为23.1°,根据液体火箭发动机冷却的需要可以选择合适的射流角度。     

壁温对类HTV-2飞行器气动力计算的影响

数值模拟高超声速飞行器定常飞行时,需要给定壁面合适的温度条件以得到足够精确的预测结果。针对高超声速飞行器在风洞吹风试验与高空真实飞行时的壁面温度特性显著不同,分析了两类不同条件下数值模拟中壁面温度条件的选取问题。采用数值模拟方法求解三维Navier-Stokes方程,研究了壁面温度在风洞试验状态和高空飞行状态下对类HTV-2高超声速飞行器气动性能和边界层内特性参数的影响规律,结果表明：风洞试验条件下和高空飞行状态的壁面温度影响气动力机理不同导致壁面温度条件选取准则不同。     

粘结剂复合方式对硼粉热性能的影响研究

为了研究含能粘结剂硝化纤维素与微米硼粉的不同复合方式对硼粉热氧化性能的影响,采用热重分析测试手段分析了不同复合方式(简单机械复合、浇膜复合、团聚造粒改性)对1μm硼粉热性能的影响,建立了3种改性后硼粉的燃烧模型,研究了含能粘结剂硝化纤维素含量对其热氧化性能的影响。结果表明：团聚造粒改性对其氧化性能改善最佳;简单机械复合、浇膜复合和团聚造粒改性分别使硼粉氧化温度提前了0.1、29.4、112.3℃;简单机械复合与团聚造粒改性使硼粉最终氧化率分别提高了3.4%和13.8%,而浇膜复合无较大改善作用;随着硝化纤维素含量的增加,硼粉的氧化性能增强。     

降膜闪蒸高效紧奏式太阳能海水淡化装置

我国许多地方缺乏淡水,利用太阳能或工业余热(如船上柴油机余热)生产淡水是解决问题的理想方案。为此,我们在多年从事太阳能海水淡化研究的基础上,成功研制了一组适合太阳能(或余热)利用的新型高效紧奏式海水淡化装置。本装置主要采用了激淋式横管降膜蒸发、多效闪蒸与多效回热     

高超声速圆柱绕流中驻点热流的稀薄效应

采用Fay-Riddell关系式、直接模拟Monte Carlo方法和基于直接模拟Monte Carlo流场温度的Fourier传热三种热流表达方式,分别对比研究了不同来流克努森数(Kn)和不同来流马赫数(Ma)的结果,以期从微观视角给出经典连续方法在稀薄流区高估驻点热流的新理解。结果表明,驻点热流的稀薄效应体现在三个方面:一是温度跳跃,削弱温度梯度导致驻点热流降低;二是壁面附近平动非平衡,导致Fourier热传导定律失效且高估热流;三是壁面约束,致使Fourier热传导定律在距壁面3倍分子平均自由程内高估热流。     

通风强度对温湿度分布和壁面结露的影响

为研究通风对室内温湿度分布和壁面结露的影响,提出了一种三维非稳态数学模型.在含有湿热源的环境中,利用Fluent软件对该模型进行数值计算,分析了通风强度对空间和墙体壁面温湿度分布的影响,并模拟不同通风强度下,壁面结露面积的动态发展过程.模拟结果表明通风强度对室内空间及壁面温湿度分布和结露形成均有显著影响.因此,对于湿气较重的场所,合理改变通风强度可有效改善室内热湿环境和壁面结露等问题.     

气液同轴双离心式喷嘴喷雾特性

采用流体体积方法分析涡流器离心式喷嘴内部流动过程,采用单反相机和相位多普勒测速仪测量离心式喷嘴、气液同轴双离心式喷嘴的喷雾特性。发现涡流器离心式喷嘴内部流动的总压损失主要发生在涡流器槽道入口、收敛段和等直段。等直段使液膜厚度减小,喷雾锥角减小。离心式喷嘴喷雾粒径分布范围沿径向逐渐增加,轴向速度分布范围沿径向先减小后逐渐增加。气液同轴双离心式喷嘴喷雾特性受气液比影响很大,气液比小时旋流空气使喷雾锥角增加,粒径分布范围减小;气液比大时,气体膨胀压缩喷雾,使大液滴能够到达喷雾中心,喷雾外侧为二次雾化成的细小液滴。     

水燃比对水冲压发动机性能影响数值模拟与试验研究

为了研究水燃比对二次进水水冲压发动机比冲性能的影响规律,建立了发动机补燃室两相反应模型,对镁基水冲压发动机进行了数值模拟,获得了发动机比冲、喷管出口温度及出口速度随水燃比变化趋势,在此基础上进行了水冲压发动机地面直连式试验研究.结果表明,存在最佳水燃比使二次进水水冲压发动机比冲性能较优.     

管内高压气体冲击静态液柱的CFD模拟

为可视化内部流场,采用Fluent软件对警用脉冲防暴水炮炮管内高压气体冲击静态液柱的过程进行了三维数值模拟,得到了重力作用和无重力时的三维气液界面形状,分析了不同时刻管内的速度和压力变化情况,将压力模拟值与理论计算值进行了比较分析.从模拟结果可以看出,重力对于界面形状影响较大,液柱加速过程开始呈线性增加,当t>0.01...     

空气喷涂平面成膜的双流体模型模拟

针对欧拉-拉格朗日法建模的不足,采用双流体模型对空气喷涂平面成膜过程建模,其中液相粘附成膜过程使用壁面液膜模型,动态喷涂过程使用涂层沉积模型,研究了空气喷涂喷雾流场形成过程、喷雾图形和动态喷涂平面涂层厚度分布。模拟结果与现有研究结果对比表明,喷雾流场形成过程和液膜形态与使用欧拉-拉格朗日法模拟得到的结果一致,喷雾图形与实际喷雾图形变化规律相符,涂层截面厚度分布与β分布吻合。双流体模型可为研究空气喷涂涂料成膜机理及规律提供一种新的手段。     

燃烧室压力对潜入式喷管喉衬热应力的影响

为了研究燃烧室压力对固体火箭发动机潜入式喷管热应力影响规律的问题,采用商业流体软件,基于压力求解器,求解了喷管纯气相的流场,确定了燃气温度、压力、壁面对流换热系数;采用有限元软件,依据流场计算的非均布壁面压力与非均布对流换热,求解了燃烧室压力为6 MPa下的潜入式喷管热结构问题;通过地面点火试验验证了仿真模型与数值方法的有效性与准确性;采用相同计算模型与数值方法,求解了在燃烧室压力为9 MPa、12 MPa下的喷管热结构问题,揭示了燃烧室压力对喉衬热应力的影响规律。结果表明:整个工作过程,喉衬环向应力最大值为103.9 MPa,位于内表面,且随时间增大,先增大后减小;喉衬环向拉应力也随时间先增大后减小;随压力增大,对流换热系数增大,喉衬温度升高,喉衬环向拉应力增大,喉衬环向压应力减小。     

冲击反作用式炮口制退器数值模拟分析

针对冲击反作用式炮口制退器炮口流场建立数学物理模型,进行数值模拟仿真计算,采用多种控制方程及k-ε模型,并利用动网格技术,计算得到了炮口流场的结构和流动参数。通过单冲击式炮口制退器与冲击反作用式炮口制退器壁面合力,炮膛合力等对比,揭示了该型制退器炮口流场的发展规律,且展示了其相比于冲击式炮口制退器的优势。冲击反作用式炮口制退器在发射时后排边孔道出口截面压力明显高于前排的边孔道出口截面压力,与冲击式炮口制退器相比,炮膛合力不足其1/3,制退器壁面合力不足其1/4。数值模拟结果可为该型制退器结构设计与优化提供必要的参考。     

海水淡化系统余压能回收过程的仿真模拟

针对阀控式海水淡化能量回收装置增泄压过程中压力波动和浓盐水海水掺混导致反渗透膜组件工作负担变大的问题,对增压容器和增压过程建立模型,使用流体力学软件Fluent仿真增压过程,得到了增压过程液压缸内部流域的压力和速度分布。探究了混合段液柱活塞的形成过程和长度变化,通过对比液压缸结构和进水口流速变化对混合程度的影响,给出了用混合段做液柱活塞的参数特性和适用性,为海水淡化系统余压能回收设计提供依据。     

WCNS格式在热化学非平衡流数值模拟中的应用研究

高精度格式因其在较低的计算资源消耗下仍能保持足够的精度而在精细流动结构的模拟中具有独特优势。首次将显式5阶加权紧致非线性格式(WCNS-E-5)引入二维高温非平衡流计算。进行了自由流速度5.0~5.7km/s的高焓风洞和高空条件下的圆柱非平衡流场数值模拟,得到了正确的流场参数分布,壁面压力和壁面热流等结果与实验值吻合较好。计算结果表明WCNS-E-5格式较2阶的MUSCL格式具有更好的热流网格收敛特性。分析并针对算例条件初步解决了高阶格式在刚性化学反应流模拟中的鲁棒性问题,为进一步采用高阶格式开展流场结构更加复杂的热化学非平衡流数值研究奠定了良好基础。     

网格参数与离散格式对潜艇阻力预报精度的影响

借助于计算流体力学软件,生成了2组不同网格数量和壁面Y+值的网格模型,并对潜艇周围流场进行了数值模拟,得到了不同航速下的潜艇阻力,然后结合试验数据进行了对比分析。研究发现:一阶精度离散格式的阻力计算结果误差过大不可信,而对于不同的离散格式,网格的细化都能提高计算精度;当网格模型壁面Y+值控制在200以内且采用二阶精度离散格式计算时,较稀的网格模型也能得到误差小于3%的计算结果。     

水下航行器头部流噪声数值仿真与实验

选取头部线型,对航行器头部基于RNG k-ε湍流模型及FW-H声学模型进行流噪声模拟,然后对3种头部线型的航行器在不同速度下分别进行水洞实验。通过对比分析数值仿真与实验结果发现,航行器头部流噪声随着频率的增大而逐渐减小,随着速度的增大而增大。在相同速度下,与头部线型2、头部线型3相比,头部线型1流噪声较小,具有更好的降噪作用。所采用的计算方法可以比较准确地模拟航行器头部流噪声情况。     

加权紧致非线性格式在热化学非平衡流数值模拟中的应用

高精度格式因其在较低的计算资源消耗下仍能保持足够的精度而在精细流动结构的模拟中具有独特优势。将显式5阶加权紧致非线性格式(WCNS-E-5)引入二维高温非平衡流计算,进行自由流速度5.0~5.7 km/s的高焓风洞和高空条件下的圆柱非平衡流场数值模拟,得到正确的流场参数分布、壁面压力和壁面热流等结果与实验值吻合较好。计算结果表明,WCNS-E-5格式较2阶的MUSCL格式具有更好的热流网格收敛特性。分析并针对算例条件初步解决了高阶格式在刚性化学反应流模拟中的鲁棒性问题,为进一步采用高阶格式开展流场结构更加复杂的热化学非平衡流数值研究奠定了良好基础。