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.     

SMV静态混合器的数值模拟

介绍了静态混合器的种类、特性、工作原理和一种通用计算流体力学软件,Fluent软件.利用Gambit前处理器构造了一个简化的SMV型静态混合器模型,利用Fluent软件数值求解混合器的流场,对模拟结果进行了分析,混合小池对湍动能的产生贡献很大.混合器还能有效改善离散相的分散性.     

动能拦截器质心动态漂移影响的研究与分析

主要研究动能拦截器质心动态漂移对其姿态稳定控制的影响。文章介绍了ＫＫＶ的控制方式,建立了控制动力学模型,借助该模型进行了悬浮试验的仿真计算,并利用仿真计算结果确定了ＫＫＶ质心动态漂移的允许范围和姿态控制力的大小。     

纵向涡发生器对棒状燃料元件温度场的影响分析

运用CFD方法,模拟计算了在反应堆棒状燃料元件包壳表面加装纵向涡产生器(LVG)后,燃料棒、气隙、包壳和冷却剂的温度场和冷却剂的流场。计算时采用分块结构网格对带LVG的计算区域划分网格,使用SSTk-ω模型模拟冷却剂的湍流流动,对于控制方程和湍流方程的离散采用二阶格式以保证计算精度。计算结果表明:加装LVG后,包壳和冷却剂间的换热有所改善,燃料棒、气隙和包壳的最高温度有所降低。在LVG附近,燃料棒、气隙、包壳和冷却剂温度均会出现一个峰值,然后急剧下降。冷却剂流动的湍动能突然增强,有效地增强了冷却剂的横向流动,经过LVG后,湍动能逐渐减弱,横向流动速度也逐渐减小。     

一种内支架结构对通海阀噪声的影响

在分析某通海阀噪声产生机理的基础上,给出了一种在阀体上镶嵌内支架的降噪措施,并基于CFD原理对该阀内流道进行了仿真计算,获得了阀内流体的压力场、速度场和湍动能场,然后对比了不同安装角度的内支架方案及原阀的流场特点.结果表明:采用安装角度为{105°,150°,105°}的内支架结构能够有效地提高阀内流道的最低压力、减小速度梯度、降低湍动能,从而更有利于防止汽蚀和降低涡流噪声与湍流脉动噪声.     

旋转燃烧室内燃气湍流流动的数值分析

为了解水下航行器旋转燃烧室内燃气的流动特性,利用FLUENT软件,对旋转燃烧室内的气相流场进行了数值模拟。湍流计算采用RNGκ-ε模型、气相燃烧采用ED模型、液相采用离散液滴模型。得到燃烧室不同轴向截面位置的速度变化曲线和燃烧室中心纵截面的湍流粘性系数分布。结果表明,在燃烧室中间燃气形成范围较大的中心回流区,气体切向速度分布呈现Rankine涡结构,径向速度较小且为向心向。由于出口位置的偏心性和空间突缩,燃烧室后部的流场呈现明显的非轴对称分布,而且燃气速度变化剧烈。湍流粘性系数在回流区和出口上游处较大,而在壁面附近都小于0.01。     

舰船局部结构在水下爆炸气泡载荷作用下的塑性变形分析

在水下爆炸载荷作用下的舰船局部结构塑性变形计算中,往往只考虑冲击波载荷的影响而忽略气泡载荷的影响。为研究气泡载荷在舰船局部结构塑性变形中所占的比例,利用通用有限元软件Abaqus,对舰船局部结构典型形式加筋板模型在水下爆炸载荷作用下的动态响应进行了数值仿真。其中,载荷计算采用了Geers-Hunter模型,材料本构采用了Johnson-Cook模型。分析仿真结果发现,模型中点变形挠度明显分为两个阶段,很容易区分冲击波载荷引起的变形和气泡载荷引起的变形。将最终变形挠度仿真计算结果与试验结果进行对比,两者吻合较好。计算结果表明:由气泡载荷引起的加筋板塑性变形挠度超过总变形挠度的30%,所以在计算中气泡载荷的影响不容忽视。     

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。     

蒙特卡洛剖分投影法的爆震弹破片平均比动能评估

为了评估爆震弹封装壳体破片致死、致伤半径,并削弱其平均比动能,基于蒙特卡洛剖分投影法建立破片平均比动能计算模型。通过LS-DYNA及自编程联合仿真方法对爆震弹自然破片、半预制破片比动能计算模型进行仿真求解,获得了全破片全时域的质量分布、初始速度、垂直靶分布、平均比动能阈值及安全半径等指标。结果表明:在相同装药参数下,半预制破片相比于自然破片,质量分布、初始速度阈值更低且更集中;在小于等于2.5 m范围内半预制破片平均比动能阈值比自然破片更低,大于2.5 m后半预制破片平均比动能阈值比自然破片更高。相比于自然破片,采用半预制破片可显著减小爆震弹破片的致死半径,但并不能明显增大其安全半径。     

水力旋流器流场研究进展

水力旋流器内部的流场非常复杂，但其研究对提高水力旋流器的分离性能和实现结构优化具有重要意义。从实验研究和数值模拟研究两方面总结了国内外学者在水力旋流器流场研究方面的主要成果，对研究过程中所采用的研究方法进行了描述，分析比较了研究结果，并对未来研究的方向进行了展望。     

水力旋流器湍流场数值模拟

应用CFD软件FLUENT对水力旋流器进行三维数值模拟，并对网格生成技术、湍流模型、离散方法及边界条件等问题进行了探讨。数值模拟所获得的轴截面上的压力场和速度分布规律与前人的研究结果基本吻合，验证了数值模拟的可行性。为进一步研究水力旋流器的结构优化和分离性能预测提供参考。     

水下航行器不同燃料燃烧性能的仿真研究

为了解热动力水下航行器不同燃料的燃烧性能,利用FLUENT软件,分别对OTTO-Ⅱ单组元燃料和HAP+OTTO-Ⅱ+H2O的三组元燃料在旋转燃烧室内的两相湍流燃烧进行了数值仿真.湍流计算采用标准模型κ-ε、气相燃烧采用ED模型、液相采用离散液滴模型.得到两种燃料在燃烧室内的温度分布,化学反应速率分布、燃烧产物CO2和CO的质量分数分布以及两种燃料液滴的运动轨迹,并对计算结果进行了比较和分析.结果表明,三组元燃料的燃烧性能要优于单组元燃料的燃烧性能,但由于三组元液滴蒸发较慢,对燃烧稳定性造成影响.     

局部多孔质气浮止推轴承特性研究

在考虑轴承气膜交界面处切向速度滑移的条件下,建立了局部多孔质气浮止推轴承的理论模型,然后使用有限元算法进行了数值仿真,仿真的结果与试验结果取得了一定程度的一致性,说明此新的修改了的雷诺方程可以用来作为局部多孔质气浮止推轴承研究的理论模型。利用该模型,能够成功计算出不同渗透系数、不同厚度及不同直径的局部多孔质气浮轴承的流量、承载及刚度。还从理论上与小孔类型及全多孔质类型的气浮轴承特性进行了对比,结果表明,局部多孔质气浮轴承有着优良的特性及很好的应用前景。     

钢管在冲击荷载作用下的变形与失效破坏

为研究钢管在弹体侵彻过程中的变形特点,基于ANSYS/LS-DYNA软件,采用Johnson-Cook模型,模拟了半球形弹体以不同速度正向冲击钢管时的非线性动力响应情况。结果表明：弹体速度越小,钢管的抗侵彻性能越好;弹体速度越接近临界破坏速度,钢管降低弹体速度的能力就越明显;弹体冲击钢管时,钢管上表面比下表面更容易产生大变形,消耗更多的弹体动能,并在抗侵彻过程中伴有局部凹陷、蝶形变形和贯穿现象。实验结果可为圆柱壳结构钢管在冲击荷载作用下的耗能分析提供参考。     

旋成体射弹倾斜入水运动仿真

为了研究运动参数和弹头外形对弹体斜入水过程的影响规律,采用气液两相流体积分数和水汽空化模型,通过嵌套网格实现刚体三自由度运动学和动力学耦合,模拟了弹体以80～100 m/s速度倾斜入水开空泡阶段的运动过程。经文献实验验证,入水弹体速度与位移的误差为0～6%和-8%～0,转动角度误差为-6%～0。通过对入水速度和入水角度的多工况模拟研究,发现入水速度增大,弹体轴向冲击载荷增大,最大载荷与速度的平方呈线性关系,弹体速度非线性衰减率大;入水角增大,弹体转动角速率减小,运动稳定性强,速度衰减率不受入水角影响。与圆锥头部弹体相比,采用头部阶梯状修型后的弹体的平均速度衰减率、转动角速率和最大轴向冲击载荷分别降低到66.7%、40%和77.2%,显著提高了运动稳定性。     

圆形减压环力学试验与壁厚对其耗能性能的影响

圆形减压环主要由钢管、铝管套筒和钢丝绳组成,由于其耗能特性强,因此在被动防护系统中得到了广泛应用。在边坡防护工程中,将钢丝绳一端固定,另一端连接在防护阻挡结构上,通过钢管与铝管套筒的摩擦和钢管的大变形来散耗冲击动能。首先分析了圆形减压环的工作原理,并对其力学性能进行了拟静力试验,再利用ANSYS/LS-DYNA软件,研究了圆形减压环在荷载作用下,不同钢管壁厚对其耗能性能的影响。结果表明：随着钢管壁厚的增加,圆形减压环的启动荷载也随之增大;在低速荷载作用下,钢管壁厚对圆形减压环的耗能性能影响较弱,但是随着加载速度的提高,钢管壁厚对其耗能性能的影响明显增加,耗能总量上升明显。     

Theoretical and numerical investigations on the headspace of cartridge cases considering axial deformation and movement

The cartridge case headspace is the axial clearance between the cartridge and bolt of an automatic weapon, and influences the reliability and security of the weapon. Accordingly, theoretical and numerical studies were conducted to analyze the dynamic response of cartridge cases during internal impact considering the initial radial clearances between the cartridge case and chamber. A theoretical model was proposed to predict the cartridge case headspace considering both the deformation and movement of the cartridge case and confirmed by the results of nonlinear finite element simulations. The differences between the results of the conventional static model and the dynamic model were then comprehensively evaluated. The effects of the angle between the cartridge and chamber, the cartridge case material, and the internal impact pressure on the predicted headspace value were also analyzed. The dynamic response of the cartridge case predicted by the dynamic model was more accurate than that predicted by the conventional static model. The internal impact pressure, pressure change rate, and cartridge material were all found to affect the predicted headspace.