空化射流喷嘴流场的数值模拟

根据角形喷嘴结构特点,建立了喷嘴的物理模型和数学模型.选用к-ε紊流模型,并采用SIMPLEC算法进行数值计算.模拟计算表明,射流进入扩散段后与周围介质发生强烈的剪切作用产生明显的负压,有利于空化气泡的产生.扩散角对喷嘴内部流场影响较大,存在最佳值30°;扩散段长度对喷嘴内部流场也存在影响,初始取值为12 mm;圆柱段长度对喷嘴内部流场影响较小,其取值有一范围2～10 mm,初始取值为4 mm.采用相关的实验数据验证了本模型的可行性.     

新型人工淹没水射流喷嘴流场数值模拟与结构优化

为了扩展淹没型空化水射流的应用场所,同时扩大其有效靶距范围,设计了一种新型人工淹没水射流喷嘴,利用Fluent软件对喷嘴内部流场进行了数值模拟,并以气含率和气相体积为评价指标对喷嘴结构参数进行了优化。结果表明:所设计的喷嘴能够有效产生空化,空化主要在射流与伴随流之间的剪切层产生;喷嘴的结构参数对空化影响较大,内喷嘴圆柱段长度为4 mm,直径为2 mm,扩散段角为20°,外喷嘴直径为16 mm时,射流的空化效果较好。     

溅板式层板喷注单元燃烧特性数值分析

为了获得喷注单元结构参数对喷注器燃烧特性的影响规律,利用数值分析方法对单喷嘴溅板式层板喷注单元气-气燃烧特性进行研究,考察燃烧室特征长度及出口层喷嘴宽度对气氧/甲烷流动及燃烧特性的影响。在求解气-气燃烧流场方面,采用带化学反应的湍流N-S方程进行描述,其中化学动力学反应模型采用简化的单步9组分模型。研究结果表明:燃烧室特征长度的增大有利于特征速度效率的增加;该条件下采用溅板式层板喷注单元所对应的燃烧室特征长度约为600 mm。对比分析发现,出口层喷嘴宽度取0.15 mm时,水组分摩尔分数与热力计算值差别最大;当其值取1.05 mm时,燃烧室头部区域截面温度上升最快,取0.45 mm时上升最慢。总的来说,出口层喷嘴宽度取0.75 mm时,燃烧长度最短,燃烧效率最大。     

喷嘴结构对高压水射流影响及结构参数优化设计

喷嘴是产生高压水射流的关键部件,其结构形式对射流动力学性能有很大影响。以圆柱形喷嘴为对象,进行喷嘴结构对高压水射流的影响分析及结构参数优化设计。采用两相流计算流体力学模型进行喷嘴内外的射流流场分析。为节省计算资源,在优化设计时引入Kriging代理模型替代计算流体力学模型。分别采用改进的非劣分类遗传算法和基于分解的多目标进化算法进行单目标和多目标优化设计。研究结果表明:直线型喷嘴总体性能较优,凹型喷嘴的次之,凸型喷嘴性能最差。以直线型喷嘴为设计对象,以射流初始段长度和流量为目标,得到了单目标和多目标优化设计结果。单目标优化时,两个指标较基准外形分别提高14.71%和27.56%。多目标优化时,优化得到的半锥角处于[15.4°,89.8°]区间内。运用代理模型和进化算法的全局优化方法在进行喷嘴的优化设计时是有效的。     

非淹没高速水射流喷嘴内外流场数值模拟

将紊流K－ε模型和多流体模型结合,建立了适合于描述非淹没高速水射流喷嘴内外流场特性的数学模型,构造了可靠的算法,并进行了大量的模拟计算。计算的射流液体区长度与实验数据吻合较好,同时探讨了锥角等对锥形喷嘴射流流场的影响,指出了改进锥形喷嘴射流特性的途径及简单锥形喷嘴的不足。本研究方法可以用于其他形状喷嘴的非淹没高速水射流特性的数值模拟。     

离心式喷嘴雾化特性的数值模拟

利用FLIJENT软件对燃烧室离心式喷嘴的喷雾特性进行数值K-ε模拟.湍流模型采用标准模型,使用离散相模型(包括碰撞和破碎模型)追踪液滴运动轨迹,按非定常流动计算喷雾液滴在喷雾流场中的雾化情况.模拟结果给出了喷雾流场随着时间的变化规律,得到并分析了喷射压差、流量和喷雾锥角对雾化液滴尺寸、贯穿距的影响,数值模拟得到的结果与实验值吻合良好,为喷嘴结构及参数设计提供理论参考.     

脉冲防暴水炮拉瓦尔型喷嘴雾化过程仿真研究

研究防暴水炮优化控制问题.防暴水炮以高压气体作为动力,喷嘴作为射流发射元件.根据警用脉冲防爆水炮的射流特点,设计了拉瓦尔型喷嘴.在VOF和LES模型相结合的基础上,建立了喷嘴的数学模型和物理模型,并采用OpenFOAM软件对近喷口流场进行了数值仿真.通过研究发现拉瓦尔型喷嘴在雾化效果和射程上都能达到很好的效果,并通过对拉瓦尔型喷嘴近喷口流场雾化形态、雾化角、速度云图的模拟、分析,确立了张角为15°和18°之间的喷嘴较为合理,为脉冲水炮的进一步优化提供了借鉴依据.     

液氧与气氧对空气加热器燃烧流场的影响分析

针对一种基于液体火箭发动机燃烧室结构的空气加热器,采用数值仿真技术研究了加热器内部喷雾燃烧、燃气掺混以及出口流场分布等参数.分析对比了采用酒精/液氧/空气与酒精/气氧/空气两种不同氧化剂物态三组元同轴直流式喷嘴所得到的燃烧流场的区别,并通过改变燃烧室特征长度,分析了两种计算工况的加热器的性能差异.结果表明,喷入氧化剂的物态对燃烧流场影响较大,采用液氧喷嘴的火焰较长,气氧喷嘴的火焰分布较宽,且相对于液氧喷嘴,气氧喷嘴的燃烧室前端回流区由于掺混较多的燃气,导致喷注面板附近燃气温度较高,面板承热压力较大.设计的加热器均可保证两种喷嘴的出口流场品质较高,在保证流场出口品质的原则上,气氧喷嘴的燃烧室特征长度可至少小于液氧喷嘴的1/4.     

基于再起动特性优化的高超声速进气道设计

对不同内收缩段设计的高超声道流场进行了数值仿真研究,考查了下壁面水平倾角对进气道各性能参数特别是再起动特性的影响.结果表明,减小进气道不起动流场大规模分离区尾部所在下壁面的水平倾角,可以显著提高不起动流场的性能,大幅降低再起动马赫数,但也带来内收缩段长度增加,起动流场性能降低的缺点.为兼顾两者性能,提出了一种新的内收缩...     

空化射流实验研究

空化水射流技术是将空化作用引入到高压水射流而形成的一种新型高压水射流技术，在同等条件下，空化射流相对于普通高压水射流具有破碎和切割能力更高的特点。通过数值模拟和实验方法对空化技术进行研究，进行了喷嘴流场的数值模拟计算，设计了空化射流实验装置及空化喷嘴。以生锈铁板为研究对象，分别进行了喷嘴型号、打击时间、入口压力、靶距和扩散段长度的空化射流打击效果对比实验，研究了空化参数对空化效果的影响。实验结果表明角形喷嘴进行淹没射流的空化效果较好，空化射流除锈具有最优打击时间。不同的入口压力对应不同的最佳靶距。     

油-水旋流器流场数值模拟研究

采用改进后的双方程湍流模型和SIMPLE计算方法,对切流式单入口油-水旋流器内部流场进行了模拟研究。结果表明:旋流器内部三维流场各向异性,即同一位置流体在不同方向的流动参数变化很大,流体质点在不同条件下的运动轨迹、速度、分离特性等方面都有较大差别;圆柱段与圆锥段的流场在柱锥结合面发生变化,旋流器的主要分离过程在圆锥段完成;单入口旋流器的流场中心与几何中心有偏差,对流场的稳定和分离会产生影响。该模拟结果与他人所做实验结果比较接近,说明该模型和算法是可靠的,为旋流器的实际应用提供了参考。     

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。     

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。     

油—水—砂三相水力旋流器流场数值模拟研究

采用计算流体力学软件FLUENT 6.3对水力旋流器内的流体流场、流动结构和颗粒运动过程进行了数值模拟研究,分析了三维速度分布、压力分布、流体流动结构以及颗粒运动轨迹等内部流场特性.模拟结果表明:内旋流压力较低,外旋流压力较高,其中在轴心空气柱区域压力最低,进口部位与管壁的压力几乎处在同一等值线上;对速度场模拟后发现,...     

Effect of tongue clearance on hydraulic performance of double support vortex pump

In order to study influence of tongue clearance on the hydraulic performance of double support vortex pump, three dimensional flow model with symmetric variable size tongue clearance was established by changing section parameter of tongue clearance, and applied to numerically simulate the steady inner flow in a vortex pump based on fixed working conditions and impeller through ANSYS FLUENT. The numerical results show the influence of tongue channel with two sections (non-uniform and uniform sections) on flow field characteristics in vortex pump. Firstly, the variation of tongue channel section changes the vortex structure distribution in circumferential flow channel. Specifically the spiral forward vortex structure in the circumferential direction shifts to large radius side with increasing tongue width. Secondly, the circumferential velocity gradient and axial pressure gradient both diminish with the increase of the tongue section, and the inlet/outlet pressure difference and velocity distribution also reduce with increasing tongue channel section. Finally, for vortex pump with non-uniform section of tongue channel, the head diminishes and the efficiency remains constant approximately with the increase of the tongue width, while the head and the efficiency both diminish for uniform section of tongue channel.     

动态旋流器湍流流场的模拟研究

采用雷诺应力模型对动态旋流器湍流流场进行模拟.模拟结果与文献实验数据基本吻合,证明该模型的正确性.其中,轴向和切向速度的模拟结果和实际结果非常接近;径向速度的模拟将有助于旋流器结构及性能的分析.所建立的模型和所使用的计算方法为深入探讨动态水力旋流器的流场特性、分离机理及结构优化设计提供了一条有效的途径.     

微喷管流动的DSMC方法模拟

目前微型航天器正在积极地发展中,微喷管在其推进系统中具有重要地位,对微喷管进行进一步研究是很有必要的。运用DSMC(DirectSimulationMonte Carlo)方法从分子运动论层次对轴对称微喷管流动现象进行模拟,分析了喷管流量以及尺寸大小对喷管流动和性能的影响。研究表明,喷管流量及尺寸对流动特性和微喷管性能存在不同程度的影响。     

An eikonal equation based path planning method using polygon decomposition and curve evolution

Path planning is a key technique of autonomous navigation for robots, and the velocity field is an important part. Constructing velocity field in a complex workspace is still challenging. In this paper, an inner normal guided segmentation algorithm in a complex polygon is proposed to decompose the complex workspace in this paper. The artificial potential field model based on probability theory is then used to calculate the potential field of the decomposed workspace, and the velocity field is obtained by utilizing the potential field of this workspace. Path optimization is implemented by curve evolution, during which the internal force generated in the smoothing process of the initial path by a mean filter and the external force is obtained from the gradient of the workspace potential field. The parameter selection principle is deduced by analyzing the influence of several parameters on the path length and smoothness. Simulation results show that the designed polygon decomposition algorithm can effectively segment complex workspace and that the path optimization algorithm can shorten and smoothen paths.