低温跨声速风洞设计中的真实气体效应研究

风洞以低温气体为介质运行时,气体会表现出热力和热值的不完全,风洞回路气体流动参数计算需要考虑低温真实气体效应。计算给出了氮气介质在温度100～323 K、压力100～450 kPa范围压缩性因子和比热比的变化规律,并通过将等熵膨胀系数引入一维完全气体流动方程,发展了低温跨声速风洞气流流动参数计算分析模型,获得了跨声速风洞高速运行时气流液化温度和压力的组合边界包络线。对比分析结果表明：在低温跨声速风洞的运行压力(115～450 kPa)和温度(110～323 K)范围内,基于等熵膨胀系数计算得到的气体流动状态参数的理论计算值与气体真实物理解的偏差小于1%,完全可满足低温跨声速风洞工程设计需求。     

复杂外形高超声速飞行器气动热快速工程估算

针对复杂外形高超声速飞行器方案设计阶段的气动热计算效率问题,建立了高超声速飞行器气动热的快速工程计算方法。采用修正牛顿理论确定飞行器表面压力分布,利用牛顿最速下降理论计算飞行器表面流线分布,采用参考焓法、高温空气热力学特性的拟合公式以及热流密度的工程计算公式求出飞行器表面目标点的热流密度,计算了钝锥、升力体以及类乘波体的表面热流分布。仿真分析表明:该方法适用于复杂外形,且具有较高的计算效率和精度,能够满足复杂高超声速飞行器设计方案阶段气动热估算需求。     

跨声速母弹空腔流的数值模拟

将ＳＬＩＰ格式和ＬＵ－ＳＳＯＲ隐式迭代方法结合，数值模拟了尖头母弹在开舱前后的跨声速定常流场。采用修正的Ｂ－Ｌ湍流模型，用轴对称Ｎ－Ｓ方程求解零攻角时母弹在Ｍａｃｈ数０．９４～０．９８ 的临界气动特性和空腔流特性。开舱前母弹计算结果与实验以及Ｓａｈｕ 的结果能够很好吻合， 开舱后空腔流的计算结果也给出了合理的理论分析。     

M6高超声速静风洞的气动设计和结构研究

论述了发展高超声速静风洞设备与技术的重要性,对静风洞的基本特点进行了简要讨论.根据国内外发展静风洞的经验和成果,针对开展静风洞的实验技术及边界层稳定性问题研究的背景,提出一座M6高超声速静风洞(M6HQWT)的气动和结构设计,重点讨论了阀门管路、稳定段和喷管抽吸装置的设计特点.M6HQWT的设计马赫数为6.0,喷管出口...     

振动非平衡喷管流场的数值研究

从非定常的基本方程出发,采用时间相关法,利用带有平滑项的ＭａｃＣｏｒｍａｃｋ格式对以氮气为实验气体的一维振动非平衡喷管流场进行了数值计算。分析了不同条件下振动非平衡对流场的影响,确定了支配振动非平衡的主要因素。计算结果表明,对于一些实际应用的喷管条件,振动非平衡具有较为显著的影响。     

涡流阀流量调节特性数值模拟

用数值模拟研究了涡流阀的流量调节特性。在来流总压恒定的条件下,用时间相关法求解了雷诺平均的Ｎａｖｉｅｒ—Ｓｔｏｋｅｓ方程。计算了无控制流和有控制流两种情况,得到了流动参数在流场中的分布和控制流量与喷管流量的关系。计算表明,涡流阀有良好的流量调节特性。     

HYLTE与TRIP喷管在大功率氟化氘激光器中的应用对比分析

简述了燃烧驱动大功率连续波DF化学激光器的发展现状。比较了HYLTE与TRIP两种喷管的结构参数,总结了两种喷管的性能差异。采用数值模拟手段,参考相关试验数据,计算了典型增益分布对应的共焦非稳腔输出光束模式。从大功率DF激光器研制存在的光斑均匀性和腔镜负载两个难题的角度,结合喷管制造工艺要求,认为HYLTE喷管较TRIP喷管更适用于大功率DF激光器。     

发动机内流场湍流数值模拟

以可压缩的全Ｎ－Ｓ方程为控制方程,用显式有限差分格式对燃烧室－－喷管轴对称湍流内流场进行了数值模拟。计算中采用ＭａｃＣｏｒｍａｃｋ两步显格式和Ｂａｌｄｗｉｎ－Ｌｏｍａｘ代数湍流模型,得到了管状装药发动机内流场的数值解,取得了令人满意的结果。此方法对发动机的设计有实际的工程参考价值。     

用LIIF法测量DF/HF化学激光器喷管混合性能的数值分析

激光诱导碘荧光(LIIF)是一种很好的流场测量技术,为了验证该方法测量化学激光器流场混合性能的精度,模拟得到连续波DF HF化学激光器的HYLTE喷管冷流场,并计算了用氦碘混合气体作为氧化剂流、用氦气作为燃料流的HYLTE喷管的流场。通过比较前一流场中的氟原子和后一流场中的碘分子的摩尔百分比分布情况得知,当作为氧化剂流的氦碘混合物中碘的质量百分比在54%左右时,用LIIF法测量DF HF化学激光器喷管的混合情况具有较高的精度。     

再入体表面脉动压力环境的预测

在较宽的攻角范围内 ,考察了超声速和高超声速流场中一类球头双锥再入体表面脉动压力的分布特性 ,并基于超声速和高超声速流动情况下再入体表面的压力分布给出一套预测表面脉动压力分布的工程方法。利用该方法研究了马赫数、攻角、壁面温度等因素对再入体表面脉动压力环境的影响。计算结果表明 ,在本文的计算条件范围内 ,预测的均方根脉动压力系数分布与实验结果基本一致。     

液体火箭发动机碳/碳复合材料喷管烧蚀分析

对液体火箭发动机碳／碳复合材料喷管的烧蚀过程进行研究。理论模型包括固相和气相守恒方程。气相湍流反应边界层流动应用质量加权平均控制方程分析，喷管壁温分布由非稳态传热方程进行数值计算获得。分析了推进剂混合比、液膜冷却量、燃烧室压力、壁面材料的密度对烧蚀速率的影响。     

姿控发动机高空羽流流场DSMC仿真及算法研究

本文分析了高空羽流流场的特性，论述了ＤＳＭＣ方法的原理以及涉及到的关键技术，应用ＤＳＭＣ方法数值求解了喷管出口附近及倒流区流场。仿真结果表明ＤＳＭＣ方法能够精确描述这一区域的流场特性。     

交叉激波湍流边界层干扰问题数值模拟

基于BANS方程,采用有限体积法离散计算区域,对流项使用Harten TVD格式进行流场求解,湍流部分应用Menter SST两方程湍流模型,建立了隐式LU-SGS方法的三维CFD计算程序,数值模拟了来流马赫数4.96条件下的18°×18°对称双楔产生的交叉激波/湍流边界层干扰问题,计算了不同剖面沿展向压强分布以及流场的详细结构,并将计算结果与相关文献的实验与计算结果进行了比较.     

碳-酚醛材料烧蚀热解对再入流场特性影响的数值计算

数值模拟存在碳-酚醛材料烧蚀的高超声速再入流场,分析烧蚀和热解对流场热化学参数、电子数密度分布等的影响。采用19组元双温度的热化学模型,耦合热化学非平衡流Navier-Stokes方程组和烧蚀壁面边界条件,进行定常烧蚀流场求解;通过对比无烧蚀、非催化和辐射平衡壁温条件下的流场分析烧蚀的影响;讨论了壁面处碳-酚醛材料热解产物化学组成的确定方法,研究了不同热解率的影响。以RAM-C球锥的两个典型飞行条件(速度7.65km/s、高度61km和71km)为代表的研究表明:最主要的烧蚀热解产物是CO、H2、H,烧蚀产物和烧蚀的影响均局限于边界层内;烧蚀使原子和离子组元含量下降,当离子组元含量峰值出现在边界层内时,烧蚀使电子数密度峰值下降;随热解率增加烧蚀影响程度增强,烧蚀在后身区影响范围大于头部区,随飞行高度增加烧蚀影响范围扩大。     

二元翼型跨音速非定常压力计算

本文描述了用Ｅ—Ｏ型的ＡＤＩ隐式差分格式计算二维、无粘、定常与非定常低频小扰动跨音速流的方法。应用附加时间导数项的物面、尾涡面的边界条件及压力系数表达式和远场无反射边界条件,计算翼型绕其１／４弦长处轴作正弦俯仰振动时,翼面上的非定常压力分布。所得结果与文献［１］比较,具有较好的一致性。     

再入飞行器高超声速三维粘性流场的数值模拟

用数值方法研究大钝头倒锥体再入飞行器高超车速完全气体有攻角绕流的流场特性。控制方程为完全气体三维Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程,数值方法采用激波捕捉的ＮＮＤ隐式算法,计算区域为含底部的全流场。文中给出了流场特性和气功力系数,并与实验结果进行了对比。     

求解跨音速流动时物面边界条件的处理方法

用时间相关法求解跨音速流动时,合理而有效地处理物面边界条件是十分重要的。本文提出几种物面边界条件的处理方法,并对几个例子进行了数值试验,对其结果进行了讨论。