复杂外形导弹出水过程空化流数值计算研究

基于Zwart-Gerber-Belamri空化模型,采用动网格和复合网格技术,提出了一种复杂外形潜射导弹出水过程中空化流数值计算方法。对头肩部、舵面及突起物的空化生成、演化及影响因素进行了分析。结果表明,出水过程初期空化数降低使附体空泡迅速扩大,随后空泡脱落与振荡的影响将更为显著；肩部在15m/s出水时产生空化并随速度上升而迅速增长, - 攻角时肩空化非对称性显现；舵面空化受出水速度影响较小, 攻角以下时空化面积小于全舵面积的10%,但攻角超过 后空化面积迅速增长至50%以上；减小突起物尺寸有利于避免空化产生,突起物空化受攻角影响较小,但在高速下可诱导临近弹体产生空化。     

基于B样条的螺旋桨升力面设计

为了改善螺旋桨的空泡性能,从效率和空泡性能2个方面的权衡来确定环量分布.在升力面理论设计中计及桨毂的影响.桨叶几何用较少的B样条控制角点来表示.将升力面理论计算的控制点处法向速度的平方和作为优化目标函数,并通过最小化目标函数得到桨叶几何.     

转速对动态旋流器流场影响的数值分析

根据计算流体力学方法,对采用不同转速的动态旋流器流场进行数值模拟,深入分析了转速对动态旋流器切向速度、静压以及湍动能的影响。计算采用雷诺应力模型和混合物模型。结果表明:转速对动态旋流器切向速度和静压影响非常大,不但影响其数值大小,对其分布趋势也产生明显影响;转速对动态旋流器湍动能的影响主要集中在旋转栅附近,在转筒后半段转速对湍动能的影响明显弱化,适当提高转速甚至有抑制湍流的作用。     

侧壁激波诱导下凹腔燃烧室冷态流场实验观测

在单凹腔燃烧室中引入侧壁激波,为研究燃烧室内部流动特性,采用纳米粒子平面激光散射技术和粒子图像测速技术对全尺寸玻璃燃烧室模型进行流场观测,获得了冷态流场展向和法向的瞬态灰度图及平均速度场。实验结果表明:在远壁面区域,凹腔内部速度与密度都较低;引入侧壁激波后,近壁面区域凹腔与主流的质量与动量交换增强,速度与密度升高;受到侧壁激波影响,燃烧室底壁边界层不再均匀,凹腔中后部产生大规模低速区,具有明显三维特性。     

超空泡鱼雷有关流体动力分析

针对从理论上难以解析计算超空泡鱼雷流体动力的问题,阐述了一种超空泡鱼雷流体动力数值计算的简单而有效的方法,该算法具有计算量小、执行速度快的特点,数值计算的结果与试验结论吻合.同时,对超空泡高速鱼雷的有关控制力问题进行了分析.     

高速破片撞击充液容器形成液压水锤的试验研究

为研究高速破片撞击充液容器形成的液压水锤效应，设计一套试验装置和测试方法，试验破片撞击充液容器产生空腔的变化过程、液体中不同位置处的压力变化以及前后面板的变形情况。试验发现：破片撞击容器后面板时会出现一圈空化气泡，气泡在后面板内表面从撞击点位置迅速沿径向扩展；液压水锤初始冲击阶段，距离撞击点较近区域在初始冲击波压力脉冲过后会出现一个较大负压，而距离撞击点较远区域不受负压影响；破片撞击速度对容器前面板最大变形影响较小，变形范围随着撞击速度的增大沿撞击点向四周扩展。后面板的最大变形及变形范围都随着破片撞击速度的增大而变大。     

二维水翼空化流动的数值模拟

基于RANS方程,结合不同湍流模型与空化模型对粘性流中二维NACA66012模型水翼附近流场进行数值计算与模拟.计算得到固定攻角、固定来流速度时升力系数和阻力系数随空化数的变化规律以及固定空化数时升力系数随攻角的变化规律,并对相应流场进行分析.在二维水翼空化流动的准稳态模拟中,重点对比分析了不同湍流模型、空化模型对空化流动模拟结果的影响,并将计算结果与实验数据进行比较.研究结果表明,在二维水翼附近空化流动的数值模拟中,采用k-ω湍流模型和均相流空化模型计算得到的结果与实验数据吻合较好.最后,采用分离涡模型对不稳定的空化流动进行了瞬态模拟,并得到空化流动的变化规律.     

文丘里管空化装置设计与数值模拟

基于总流伯努利方程,以文丘里管喉部局部压力等于相应温度时饱和蒸气压为依据,设计了应用于观测研究空化作用对乳化油废水破乳相关规律的文丘里管空化装置。利用Fluent软件对文丘里管空化装置的流场特性进行了数值模拟。计算表明:文丘里管空化装置能在较大范围产生空化现象,将该装置应用于观测研究空化作用对乳化油废水破乳相关规律,理论上可行。     

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。     

高超声速气流中头锥逆喷防热流热耦合分析

作为一种主动冷却方式,逆向喷流结构对高超声速飞行器的热防护具有显著效果.为了对头锥逆喷的防热特性进行准确预测,采用流热耦合方法,对6马赫下的头锥逆喷结构的流动和传热进行数值研究.通过数值计算和实验对比,验证了湍流模型和流热耦合算法的准确性,获得了不同逆喷总压比下的流动特性,并且对不同逆喷总压比对流动和传热的影响进行了分...     

填充式波纹夹层结构超高速撞击特性仿真

基于航天器空间碎片被动防护需求,对一种新型填充式波纹夹层结构进行超高速撞击仿真研究,分析超高速撞击过程以及结构的穿孔破坏情况和所形成的碎片云的特性,并与相同面密度Whipple结构进行对比。其撞击现象与Whipple结构相似,但其碎片云的头部速度小于Whipple结构,而径向膨胀最大速度和膨胀半角均大于Whipple结构。随撞击初速从3 km/s~10 km/s不断增大,波纹夹层结构的撞击穿孔尺寸变大,形状也更不规则。此外,结构中的填充树脂对碎片撞击能量的吸收贡献最大,后面板所吸收的能量所占比重较大,而前面板和波纹板对碎片撞击能量的吸收贡献较小。研究结果对空间碎片防护结构的设计具有一定的参考意义。     

再生冷却通道结构参数对碳氢燃料流量分配影响

以液体火箭发动机再生冷却技术为背景,采用数值模拟方法对Z-type型并联通道流量分配特性进行研究,分析了通道数、通道截面形状及入口汇流结构对流量分配特性的影响。研究结果表明:在冷却通道总流通面积相同的情况下,随着再生冷却系统通道数的增加,流量分配不均匀度系数从2.59%降低至0.5%,相同流通面积下增加通道数可以有效提高流量分配的均匀程度。通道截面形状对流量分配不均匀度系数影响不大,其影响主要表现在通道内部流体速度分布及换热面积上。从换热效果看,梯形截面构型要优于矩形构型。入口汇流结构倾斜角有利于流量的均匀性分布。该研究对于再生冷却通道结构设计具有一定参考价值。     

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。     

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,...     

水下近距爆炸作用下弹性钢板处的空化特性研究

弹性钢板在水下近距爆炸作用下,冲击波会使其附近流体形成局部空化,脉动气泡会使流体形成锥形空化。利用平面冲击波理论对局部空化的形成特性进行了研究,理论分析了结构目标尺度的变化对空化区域形成的影响,并通过具体试验对局部空化理论进行了验证,两者符合较好;通过试验和数值仿真方法研究了气泡脉动引起的锥形空化的形成特点,初步分析了锥形空化的形成原因。结果表明,锥形空化对结构具有较大的冲击作用。     

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。     

均匀面积映射及其在均匀纹理映射中的应用

为形成一个具有更小拉伸的网格参数化映射,在三角形网格面片面积均匀分布的情况下,采用分两步走的均匀面积映射法。通过均质化参数域里的三角形面积,用均匀或不均匀方式有效地降低了采样稀疏问题的影响,避免了传统方法中矩阵奇异值的计算。对三角形网格,先进行均值协调参数化,然后通过一个凸组合让参数域更加均匀,得到一个拉伸较低、面积更加均匀的三角形分布,从而可以更好地取样且适合于纹理映射。通过实验和对比,可以证明在均匀纹理映射方面,均匀面积映射法比保角映射法和等积投影映射法都有明显的提高。     

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。     

Effect of the end cap on the fragment velocity distribution of a cylindrical cased charge

The prediction of the fragment velocity distribution of a cylindrical cased charge with end caps is one of the key issues to assess the damage efficiency of the warhead. However, limited work has been con-ducted to predict the fragment velocity distributions along the axis of cylindrical cased charges with end caps. This paper presents a study of the velocity distribution of fragments caused by the explosion of a cylindrical cased charge with end caps. The fragment velocity distribution and the end cap velocity were determined by an X-ray radiography method, and the axial fragment distribution was determined by witness plates. It was found that the velocities of fragments, especially near the edge, were increased when the end caps were added, and the position of maximum velocity is closer to the non-detonation end. The fragment velocities were increased, and the fragment projection range was decreased with the increase of the thickness of the end cap. A formula for fragment velocity distributions of a cylindrical cased charge with end caps, which is based on Huang's formula, was proposed by the theoretical analysis and data fitting and validated experimentally. The results indicate that the proposed formula is accurate in predicting the fragment velocity distribution along the axis of a cylindrical cased charge with end caps detonated at one end.     

Simulation of natural fragmentation of rings cut from warheads

Natural fragmentation of warheads that detonates causes the casing of the warhead to split into various sized fragments through shear or radial fractures depending on the toughness,density,and grain size of the material.The best known formula for the prediction of the size distribution is the Mott formulae,which is further examined by Grady and Kipp by investigating more carefully the statistical most random way of portioning a given area into a number of entities.We examine the fragmentation behavior of radially expanding steel rings cut from a 25 mm warhead by using an in house smooth particle hydrodynamic(SPH) simulation code called REGULUS.Experimental results were compared with numerical results applying varying particle size and stochastic fracture strain.The numerically obtained number of fragments was consistent with experimental results.Increasing expansion velocity of the rings increases the number of fragments.Statistical variation of the material parameters influences the fragment characteristics,especially for low expansion velocities.A least square regression fit to the cumulative number of fragments by applying a generalized Mott distribution shows that the shape parameter is around 4 for the rings,which is in contrast to the Mott distribution with a shape parameter of 1/2.For initially polar distributed particles,we see signs of a bimodal cumulative fragment distribution.Adding statistical variation in material parameters of the fracture model causes the velocity numerical solutions to become less sensitive to changes in resolution for Cartesian distributed particles.