超声速欠膨胀冲击射流数值模拟

超声速欠膨胀冲击射流有着重要的实际应用价值,如S/TOVL飞行器、火箭发射、除尘等。其流场结构复杂,包含间断激波、反射激波、马赫盘、滞止泡以及冲击平面传热不同于亚声速冲击射流的特点。为了分析超声速欠膨胀冲击射流流场和传热,采用有限体积法,结合k-l湍流模型以及二阶精度的TVD格式进行数值模拟:对比实验和k-ε湍流模型的努赛尔数,得出k-l湍流模型在传热问题中更具优势;对比阴影图和计算密度云图以及对比冲击平面压力系数的实验值和计算值,验证了k-l湍流模型模拟超声速欠膨胀冲击射流流场的合理性;采用k-l湍流模型研究3种冲击高度(3D,6D,10D),3种压比(2.0,3.4,4.4),3种喷管总温(493 K,591 K,580 K)下,冲击平面温度分布。数值研究结果对分析超声速欠膨胀冲击平面的烧蚀有一定的指导意义。     

稀薄流高超声速飞行器气动加热耦合计算

针对稀薄流域高超声速飞行器的气动加热问题,开展耦合数值计算研究。通过引入牛顿冷却定律,将直接模拟蒙特卡洛数值模拟方法与结构传热计算方法相结合,设计一种可对全机外形进行气动热和结构传热计算的高效松耦合方法,实现飞行器防热层结构材料温度分布特性的数值模拟。在以钝锥外形为例对直接模拟蒙特卡洛数值模拟程序进行验证的基础上,采用该方法对X37B轨道飞行器外形长时加热与结构传热过程进行数值模拟,给出结构温度及热流密度随飞行时间的变化规律。研究结果表明,设计的耦合计算方法能够模拟稀薄流域高超声速飞行器的气动加热及结构传热耦合过程,可为该类飞行器的气动热分析及热防护设计提供技术支持。     

受限空间雾化射流降温与加湿作用数值分析

以雾化射流预防、控制受限空间内油气热安全事故为工程背景,综合可压缩流场控制方程、k-ε湍流模型、粒子动力学模型与相变传热模型,构建了描述受限空间内雾化射流降温与加湿作用的数值分析模型。借助Fluent流体动力学仿真软件,以1 600 mm×200 mm二维狭长受限空间中不同工况的雾化射流为算例,对雾化射流降温与加湿过程进行了数值模拟,并探讨了雾化射流流量与粒径的不同对上述作用的影响。所得结果为进一步探究雾化射流降温与加湿行为,推进雾化射流在热安全防护领域的工程应用提供借鉴和参考。     

舰用蒸汽锅炉对流传热计算中的烟气通道利用系数

在进行锅炉对流传热计算时首先应确定总传热系数K(千卡/米~2时℃)。过去总传热系数K是用下式计算的式中-对流受热面的有效利用系数,它是考虑到烟气冲刷受热面时的完全程度,由于锅护组成线图以及对流管束中且有挡烟板等影响,在对流管束中造成局部烟气冲刷不到的所谓"死空间"。     

聚能射流形成过程的理论建模与分析

分析了聚能射流的形成过程,并对其中的各阶段进行了详细建模。在模型中考虑了炸药爆轰、金属的驱动、药型罩压垮以及射流和杵体的形成过程。采用该模型对某一聚能装药结构进行了计算,计算结果表明:药型罩顶部和底部微元的压垮速度较小,在射流头部形成反向速度梯度,与试验数据吻合较好。该模型对于多级侵彻战斗部的工程设计与侵彻参数的计算具有一定的参考价值。     

对某型增压锅炉过热器热特性计算方法的修正

结合高增压锅炉蒸汽过热器管束中传热的计算方法和某高增压锅炉蒸汽过热器的结构特点,建立了该蒸汽过热器管束传热的数学模型,并对该过热器热特性的计算方法进行了修正,最终通过计算得到了该过热器后的烟气温度分布.     

基于沸腾传热的柴油机多场耦合传热研究

为了系统地分析沸腾传热的主要影响因素和变化规律,首先基于Kandlikar分区方法对沸腾传热曲线进行分区并对其进行标定;然后,将重新标定的沸腾传热模型应用于TBD234V6柴油机缸盖与冷却水腔的耦合传热计算。结果表明:缸盖冷却水腔中靠近火力面鼻梁区及排气道的局部壁面出现沸腾传热现象;考虑沸腾时,缸盖最高温度比不考虑沸腾时降低52K,贴壁面层的冷却水温最大值比不考虑沸腾时升高了3.2K。     

柴油机缸盖冷却水腔内沸腾传热研究

基于Chen模型和BDL模型研究了柴油机模拟冷却水腔内的沸腾传热,并与试验结果进行了对比分析,验证了模型的适用性。将此模型应用于实际柴油机缸盖及冷却水套内的耦合传热计算,同时对考虑与不考虑沸腾时的计算结果进行了对比分析。结果表明:沸腾传热可以提高冷却水套的传热效率,并降低局部高温区域的温度及柴油机气缸盖内的温度梯度;在考虑沸腾时,仿真计算结果与试验结果的误差更小;BDL模型比Chen模型计算精度更高。     

钝体高超声速气动加热与结构热传递耦合的数值计算

气动加热与结构热传递耦合问题在航天和工程应用领域非常重要。分别采用松耦合与紧耦合方法,数值模拟了高超声速二维圆管绕流的流场与结构传热耦合的非定常过程。在紧耦合方法中,流场部分采用基于Navier Stokes方程的有限体积法,将AUSM+格式与时间方向的显式多步Runge Kutta法结合;结构传热部分采用基于二维热传导方程的Galerkin有限元法。流场与结构区通过交界面的热流和温度边界条件实现耦合。计算结果分别与实验、文献做了对比,结构内部温度变化关系以及壁面的热流分布均较好地吻合。两种耦合方式的计算结果对比表明,对于流场特征时间远小于结构传热特征时间的问题,松耦合方法计算效率高,精度与紧耦合方法接近。     

钢筋混凝土构件中钢筋温度数值计算方法讨论

采用有限元法计算构件截面温度时认为构件材料全部是混凝土,忽略了占截面积比率很小的钢筋,然后以钢筋所在位置的混凝土温度代替为钢筋的温度。人们对这种算法存在的误差大小并不清楚。对400mm×400mm矩形截面钢筋混凝土柱在四面受火条件下的温度场进行了计算,对比了考虑截面上存在钢筋时构件的温度场与不考虑钢筋而认为材料全部是混凝土时构件的温度场。研究发现,当考虑截面上存在钢筋时所得钢筋温度与采用简化方法所得替代温度差别不大,对构件承载力影响很小,说明这种简化的温度场计算方法安全可靠。     

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。     

双层反应装甲干扰射流影响因素分析

通过对双层反应装甲与射流作用过程进行分析和数值模拟,得到双层反应装甲飞板飞散及与射流作用物理过程,通过模拟结果与物理实验比较可知,数值模拟过程基本正确.同时,利用ANSYS-DYNA针对双层反应装甲不同结构参数与射流作用过程进行数值模拟,分析双层反应装甲两组件距离、与主靶板距离及两组件的夹角对干扰射流的影响,从而为双层反应装甲结构改进及设计优化提供理论参考.     

一甲基肼的高压蒸发研究

对一甲基肼的高压蒸发进行了研究,计算了一甲基肼液滴温度和半径的变化历程,并对各种不同环境压力下的结果进行了比较。计算了蒸发常数、传热数和传质数,所得结果同已有的实验数据相比较是吻合的,且考虑了不同的Le数对蒸发界限压力的影响,说明了此蒸发模型和计算方法的合理性。所得结论对于分析液体火箭发动机的燃烧过程是重要的。这一方法还可以用来计算其他燃料的蒸发。     

基于ANSYS火炮身管传热仿真

火炮连续发射过程中身管内壁温度持续升高会加快身管的烧蚀磨损,为此分析研究影响身管温度变化的射速、环境温度等主要因素.利用ANSYS软件建立火炮身管有限元模型,对身管内外壁的对流传热和身管壁内的热传导进行仿真,计算求解得到了不同射击模式及不同环境温度下身管内外壁温度的变化规律,结果表明射速增大、环境温度越离,身管温度上升越快.研究成果为依据身管内外壁温度控制火炮发射强度来延长身管寿命提供一定的理论依据.     

横向运动板干扰聚能射流的数值模拟

基于有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA和LS-PREPOST,用ALE算法对射流垂直侵彻横向运动防护板的过程进行模拟分析。防护板在不同速度下干扰射流时,对防护板和后效板上的开坑形状进行分析,并计算后效板上的最终侵深及射流轴线上的速度降,得到射流在横向防护板作用下后效板侵深及射流轴线上的速度降随防护板速度变化的曲线。结果表明,防护板抗射流侵彻能力随防护板速度的增加而增强,尤其是防护板横向速度在0～100m/s增加时,抗射流侵彻能力增强较为明显。     

有限气体容积内的液滴传热传质模型与理论分析

用传热传质学基本原理,建立了液滴在有限高温气体容积中的传热传质模型,对液滴在有限高温气体容积内的动态传热传质过程进行了数值求解,分析了有限气体容积和气体初始温度对液滴直径、蒸发速率、蒸发效率的影响。结果表明:在有限气体容积条件下,液滴直径随时间的变化规律与常见的d2规律有明显差异,气体容积越小,液滴蒸发速率越小,蒸发效率越低;气体初始温度越高,液滴蒸发速率越大,蒸发效率越高。     

高超声速飞行器前缘流-热-固一体化计算

针对高超声速流动气动加热与结构传热的复杂耦合问题,探索和研究基于有限体积法的高超声速流-热-固一体化求解方法,将流场与结构温度场进行统一建模与数值模拟。该方法避开了传统气动加热和结构传热耦合求解方法在时间域内进行流场与结构温度场耦合交替迭代计算所带来的大量数据交换与计算,将流场与结构温度场作为一个物理场,采用统一的控制方程进行求解。采用典型高超声速绕流二维圆管稳态或非稳态流-热-固耦合算例对该一体化方法进行验证,稳态时圆管驻点温度最高达到648 K,非稳态时的热流密度和结构温度与参考文献和实验值吻合较好,由此证明了该方法的可靠性和正确性。与耦合计算方法的对比分析结果表明:该一体化求解方法所得计算结果更接近实验值,并且计算量和网格依赖性都相对较小,具有更好的稳定性和计算精度,能为高超声速飞行器一体化热防护设计提供有效的理论和技术支撑。     

坦克动力装置润滑系统计算与分析

本文介绍了车用内燃机润滑系统流动与传热仿真方法.采用一维的方法研究了车用内燃机润滑系统流动问题;采用网络法研究了车用内燃机润滑系统的传热问题,并建立了润滑系统各部件的传热数学模型.编制了计算程序.对某型坦克内燃机润滑系统的流动与传热进行了实例计算,仿真结果与试验值符合较好.     

基于CFD的磁射流抛光去除机理分析

应用计算流体动力学(CFD)方法分析了一种新型精密抛光技术——磁射流抛光的材料去除机理。磁射流抛光中,含有磨料的磁流变液射流被喷嘴出口附近的局部外加纵向磁场磁化,产生准直的硬化射流束来进行相对远距离的精密抛光。介绍了磁射流抛光的原理和实验装置,分析了磁流变液聚束射流的形成,通过一系列定点抛光实验研究了磁射流抛光工艺的材料去除分布特征,利用计算流体动力学的方法分析了垂直冲击和倾斜冲击情况下,磁流变液射流与工件表面相互作用时径向流场功率密度的分布特征。实验结果和仿真计算结果表明:磁流变液射流在工件表面径向扩展流动产生的径向剪切作用导致了材料去除;CFD方法能模拟抛光区去除率的三维分布,因此可以准确地预测抛光区形状。     

某步枪“冷热偏”分析与研究

针对某小口径步枪因枪管过热而导致射击准确度降低的问题,利用ABAQUS软件平台建立某步枪\弹相互作用的仿真模型。基于非线性热力学理论,在射击过程中,对身管内外壁的对流传热和内部的热传递过程进行了仿真分析,得出击发热冲击下身管温度场的分布规律,通过对弹丸挤进阻力、身管弯曲量和弹丸姿态仿真计算,来验证温度对射击准确度的影响。通过从实验测量、仿真、理论进行枪械不同温下度射击状态的分析与研究,可为提出步枪冷热偏抑制措施提供依据,对提高武器射击准确度具有重要的现实意义。