高温燃气与不同构型的再生冷却面板对流传热的数值模拟

对高温燃气与带有平行冷却通道的再生冷却面板之间的三维耦合传热开展了数值研究,其中冷却通道内冷却剂为超临界压力煤油,并结合理论分析探讨了冷却面板构型对耦合传热的影响。结果表明:随燃气侧壁厚以及冷却通道宽度和高度的增大,燃气侧壁面温度升高,热流密度降低。研究还发现:冷却通道不同壁面传递给煤油的热量占比几乎不随燃气侧壁厚变化,但随冷却通道宽度和高度的改变而变化。     

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。     

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。     

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。     

一种空气加热器的三维流场数值仿真

为进行超燃冲压发动机试验,设计了空气加热器,对其内部流场进行了仿真并与热试车结果进行了比较验证;计算结果表明,所设计的加热器在结构方案和总体性能方面基本满足设计要求,喷注器喷入的空气降低了冷却面板的温度,燃烧室轴向入口空气能有效保护燃烧室内壁,仿真结果对于加热器的改进设计也起到一定的指导作用.     

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。     

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。     

单个燃料元件热工水力三维数值模拟

针对在以往反应堆热工水力分析中采用一雏模型计算燃料元件径向传热及采用固定热流密度模拟包壳外壁热流量的情况,建立了运行条件下燃料元件及其周围冷却剂温度场和流场的三堆数值计算模型.考虑燃料元件功率的轴向分布和燃料芯块热传导率随温度的变化,运用标准k-e模型和壁面函数法模拟了冷却荆湍流流动和近壁区域粘性流动.经计算发现燃料芯...     

热推力器层板换热芯流固耦合传热与流动仿真

热推进技术采用小分子量气体作为推进剂可以获取较高的比冲,是具有巨大应用前景的空间推进技术,而提高热推力器换热芯换热效率是目前亟待解决的问题。本文设计了基于层板结构的换热芯,结合层板结构的传热特点与流固耦合传热理论,对层板换热芯传热和工质流动进行了模拟计算。根据耦合传热理论,将层板与工质的导热简化为系统内部边界条件,通过仿真计算得到了层板流固耦合温度场和流场分布特性,工质可以被加热至2300K以上,验证了层板结构用于热推力器换热芯的有效性。     

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.     

气氧/煤油发动机水冷推力室壁热分析

针对气氧／煤油地面试验发动机的热防护问题，采用非定常三维壁温分布模型为主体的分析模型，对槽道式水冷推力室壁温特性进行了计算分析。燃气流与冷却水流采用一维流动模型计算。应用有限差分方法确定了燃气与室壁的换热热流、推力室壁温分布，给出了壁温随时间变化的规律，讨论了冷却水流量对壁温的影响。     

发动机冷却燃料做功潜力?分析

在高马赫数飞行下,用燃料冷却超燃冲压发动机壁面的冷却需求量大于发动机燃烧量。为了降低燃料的冷却量以及实现燃料冷却量和燃烧量的匹配,采用?分析法对超燃冲压发动机壁面燃料冷却工质进行做功潜力分析。发动机壁面冷却燃料的特性决定其热量?大小。根据发动机壁面温度分布、热流密度分布计算热量?,建立稳定流动燃料工质的?平衡方程。结果表明：在壁面最高温度为1200K时,传入壁面的热量为562.4kW,其中理论热量?为541.3kW;冷却燃料工质流量的增加,最大输出功减小;燃料工质出口温度增加,输出功减小,燃料工质出口压力增加,输出功基本不变。     

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。     

小推力液体火箭发动机燃烧与传热数值仿真研究

针对边区液膜冷却型小推力液体火箭发动机,引入VOF模型模拟冷却液膜,使用数值仿真手段计算了发动机推力室突扩构型对燃烧效率与传热特性的影响.对比可见计算结果是可靠的,计算表明无量纲台阶高度H*从0.111增加到0.222,燃烧效率增加0.35个百分点、燃烧效率随无量纲台阶长度L*增加变化较小、另外传热特性受H*与L*的影响都不大.这表明在扩张型推力室中,燃烧效率下降的主要原因是壁面附近的气态MMH无法与氧化剂有效混合.     

基于CFD分析的燃气轮机散热器数值仿真

为了改善燃气轮机的散热性能,以国产某型管带式散热器替换ΓТД-1250燃气轮机管片式散热器,建立了管片式和管带式散热器空气侧通道的稳态紊流数学模型,对2种不同类型散热器的阻力特性和表面传热特性进行CFD模拟,模拟结果与试验结果符合较好。数值仿真结果对比表明:散热器的压力降随冷却空气进口速度的增大而增大,且在相同的冷却空气进口流速下,管带式高出管片式散热器空气侧阻力的平均值约3.13%,同时管带式比管片式空气出口温度的平均值高出约6.29%。