新型双向流量计流固参数特性仿真及试验

导磁体小球的受力平衡特性直接影响到新型双向流量计的测量精度。为了研究导磁体小球在同轴环形轨道中运行的平衡性及流体密度和导磁体几何参数对其运动平衡性的影响,首先通过理论分析了同轴环面流道内导磁体小球在旋转轨道内的运动平衡性条件并建立了流固耦合模型,然后采用 Ansys workbench 中的最优化算法根据小球平衡条件进行小球运动平衡特性仿真,再根据样机进行小球平衡性实验研究,最后进行了被测液体密度变化和小球半径变化对小球运动平衡性影响的仿真分析。结果表明：小球运行平衡转速随流体密度增大而增大,也随小球半径的增大而增大。     

高焓高压空气加热器壁面传热过程数值计算

以一种高焓高压空气加热器为研究对象,对其冷却通道的流动和传热进行了三维数值仿真,冷却剂采用液态水,燃烧室和喷管分别采用不同的壁面材料,考虑壁面材料物性随温度的变化,并通过加热器热试验证了数值仿真结果的正确性。在此基础上,对比分析了气体辐射、冷却通道结构以及冷却水的流动方式对壁面换热的影响。结果表明:气体辐射对加热器燃烧室段壁面换热影响较大,对喷管壁面换热无明显的影响。在传热计算中,忽略气体辐射会引起较大的误差;冷却通道数和宽度存在最优组合,使得壁面换热量最大。冷却水的流动方式对燃气侧壁面温度影响较小,但对冷却液侧壁面温度的影响较大。     

同轴环缝气流作用下锥形液膜线性稳定性分析

为了分析气液同轴离心式喷嘴的雾化机理，对同轴气体作用下的锥形液膜进行时间稳定性分析，推导同轴气体作用下锥形液膜的色散方程，建立离心式喷嘴出口参数预测模型，用于数值求解色散方程。结果表明：喷嘴出口液膜厚度随着喷注压降的增加而减小，喷雾锥角、液膜速度和轴向速度随着喷注压降的增加而增大。同轴气体作用下液膜由正弦模式的表面波主导，因为正弦模式的表面波增长率远大于曲张模式的表面波增长率。当环缝气体喷注速度较小时，增加气体速度会减小气液相对速度，从而减弱气液相互作用，使得液膜主导表面波增长率和频率减小、破碎时间和破碎长度增加。而当环缝气体速度超过一个临界值后，随着气体速度的增大，液膜主导表面波增长率和频率迅速增大，破碎时间和破碎长度迅速减小。     

基于WCNS格式的VFE-2钝前缘三角翼转捩模拟研究*

采用高阶精度WCNS格式和γ-Re_θ转捩模型对VFE-2中等半径钝前缘三角翼进行了数值模拟,重点研究了前缘转捩对钝前缘三角翼涡结构的影响。计算结果与试验进行了详细对比,表明钝前缘三角翼的前缘分离涡发生在翼尖下游,在特定雷诺数下其具体发生位置受转捩因素影响,采用全湍流模型计算会推迟分离,而耦合转捩模型后的计算结果和试验吻合很好。然后基于耦合转捩模型方法,对钝前缘三角翼涡结构随迎角变化进行了模拟。计算结果与试验吻合,并表明在较小的迎角下,前缘不会产生分离诱导涡；随迎角不断增大,分离诱导涡在三角翼后缘附近产生并向上游移动。     

应用加权紧致非线性格式的VFE-2钝前缘三角翼转捩模拟

为研究前缘转捩对钝前缘三角翼涡结构的影响,采用高阶精度加权紧致非线性格式和γ-Reθ转捩模型对VFE-2中等半径钝前缘三角翼进行数值模拟。将计算结果与试验结果进行详细对比,结果表明:钝前缘三角翼的前缘分离涡发生在翼尖下游,在特定雷诺数下其具体发生位置受转捩因素影响,采用全湍流模型计算会推迟分离,而耦合转捩模型后的计算结果和试验结果吻合良好。运用耦合转捩模型方法,对钝前缘三角翼涡结构随迎角变化进行模拟。计算结果与试验结果吻合,表明在较小的迎角下,前缘不会产生分离诱导涡;随迎角不断增大,分离诱导涡在三角翼后缘附近产生并向上游移动。     

天然气在土壤中泄漏的稳态温度场分析

埋地高压天然气经小孔泄漏会导致土壤冻结形成冻土,应用一元气体动力学、流体力学和传热学知识建立了天然气小孔泄漏吸热率模型和土壤稳态温度场模型,并进行了实例计算。结果表明：当天然气输送压力小于临界压力,小孔泄漏吸热率随压力的增大而增大;当天然气输送压力大于等于临界压力,小孔泄漏吸热率达到最大值;冻土厚度随土壤热导率或空气对流传热系数的增大而减小,但土壤热导率对其影响较小,空气对流传热系数对其影响较大。     

圆柱壳在轴向压力作用下的稳定性和振动特性

利用Hamilton原理得出轴向压力作用下圆柱壳位移增量的动力学方程,推导了方程的解析解。通过数值计算,分析了轴向压力作用下圆柱壳的临界屈曲压力随壳体长度变化的曲线,讨论了壳体几何参数(L,h)变化和轴向力幅值变化对振动频率影响的变化曲线。数值计算结果表明,圆柱壳的临界屈曲压力与失稳模态紧密相关;圆柱壳的自振频率随壳体的长度增加而下降,随壳体的厚度增加而提高;圆柱壳的自振频率和最低频率随轴向压力的增大而下降。     

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。     

非牛顿流体不定常环管流研究

本文采用积分变换的方法,找到了一类非牛顿流体在环形管道中不定常流动的解析解,并进行了数值计算,分析了非牛顿性系数和其他各参数对二阶流体不定常流动的影响,指出当二阶流体非牛顿系数相同时,环管流与一般管流比达到稳定的特征时间较短,并且相应的速度分布、平均速度分布数值均较小。在外半径相同时,环管流内壁的剪应力较之一般管流,其大小随内径而改变。环管流外壁剪应力总相应地小于内壁剪应力。     

铜排不同端面对流换热系数提取试验方法

为了获得准确的温升模型,开展了在铜排不同端面对流换热系数提取试验。首先,依据传热学相关理论,通过铜排温升试验获得了铜排不同端面的热功率、热传导热量,并运用牛顿冷却公式求解了铜排不同端面的对流换热系数;然后,利用ANSYS有限元软件建立了铜排温升模型,并将计算求解的对流换热系数代入ANSYS仿真模型中,进行了稳态温升计算;最后,将仿真与试验所得的温度分布进行了对比,结果验证了ANSYS仿真模型的准确性和可行性。     

粉末燃料冲压发动机内镁粉尘云层流燃烧模型

对粉末燃料冲压发动机预燃室内镁粉尘云燃烧过程进行了研究,建立了镁粉尘云的一维层流预混燃烧模型。研究表明,镁粉尘云层流火焰传播很稳定,燃烧过程中火焰结构基本不变,燃烧区很薄,而预热区厚度约是燃烧区的2-3倍。粉尘云中镁颗粒的蒸发和气相镁与氧气的均相反应是产生火焰的直接原因,也是火焰得以传播的关键。预热区气相温度升高主要靠燃烧区气体的导热和扩散过来的气相镁与氧气反应释放热量,而预热区颗粒相温度升高主要靠气相对其对流传热。分析了各参数对粉尘云燃烧的影响,颗粒相对浓度对粉尘云燃烧的影响比较复杂,在浓度较低的情况下,增大颗粒相对浓度有利于粉尘云快速燃烧;而在浓度较高的情况下,增大颗粒相对浓度则不利于粉尘云快速燃烧。随颗粒粒径的增加,火焰传播速度减小,火焰温度升高,预热区厚度增大。火焰传播速度和火焰温度随粉尘云初温增加线性增长,预热区厚度随粉尘云初温增加抛物线增长。数值模拟与文献中试验结果的变化趋势相一致。     

考虑湿蒸汽特性的饱和蒸汽汽轮机建模与仿真

为分析湿蒸汽对饱和蒸汽汽轮机运行特性的影响,首先根据饱和蒸汽汽轮机内汽液两相流的流动特点,分析了汽轮机在变工况过程中由于流通部分压力、蒸汽湿度以及金属壁面与水膜间换热等因素引起的蒸汽流量变化;然后,以某型舰用核动力装置主汽轮机为例进行仿真实验,并计算得到了该型汽轮机在典型变工况过程中的输出功率、螺旋桨转速、高压缸出口压力等外特性参数,以及水膜动态蒸发凝结量、蒸汽挟带液滴流量、金属壁面换热引起的蒸汽凝结蒸发流量等内部参数的变化。该研究成果在核电站和船用核动力装置仿真方面有一定的参考价值,对饱和蒸汽汽轮机的性能分析、运行优化和控制策略研究有一定的指导作用。     

云、雨天气对3mm波段天空亮温的影响

在毫米波被动探测中,天空亮温直接影响到金属目标的探测与识别。建立了晴天、云、雨等天气下的天空亮温计算模型,并在3 mm波段计算了天空亮温。在几种典型天气条件(晴天、多云、阴天、降雨)下对天空亮温进行了实验测量。计算和测量结果表明,云层对天空亮温的影响要视云中液态水密度、云的厚度、离地面的高度而定,降雨对天空亮温影响随降雨率增大而增大。     

考虑地下水浸没作用的预压荷载变化规律与沉降计算研究

研究了堆载预压法加固软土地基的过程中地下水浸没作用对预压荷载的减小情况,给出了深圳蛇口地区堆载预压加固地基过程中荷载的变化规律,利用大、小应变条件下的固结沉降计算公式对几种工况下的计算结果进行了对比分析.结果说明,考虑地下水浸没作用对地基固结沉降的影响随荷载和土压缩性以及土层厚度的增加而增大.通过与传统计算方法的比较,表明进行大变形分析时预压荷载的变化对最终沉降量有显著影响.     

高速杆式弹侵彻下蓄液结构耗能机理数值分析

为探讨蓄液结构的耗能机理,采用瞬态非线性有限元,揭示了杆式弹侵彻下蓄液结构的破坏过程和模式,研究了其能量耗散机制,并对比分析了有无液体时蓄液结构前后面板不同厚度配比下的弹道极限速度。结果表明:弹体侵入蓄液结构后,其冲击动能主要转化为液体的动能;弹体射出后,液体通过空泡膨胀挤压蓄液结构变形的方式,将其动能再逐步转化为结构的变形能。固定蓄液结构前后面板总厚度8mm不变,未蓄液下其弹道极限速度随前后面板厚度比的增大呈先增加后降低的趋势,在前后面板厚度配比为4/4时抗侵彻能力最强;蓄液时其弹道极限度随前后面板厚度比的增加而不断降低,在厚度配比为1/7时抗侵彻能力最强。     

基于联合仿真的某型顶置武器站稳定精度研究

稳定精度是炮控系统最重要的性能指标,利用联合仿真技术对某型顶置武器站炮控系统的稳定精度进行研究。基于多体动力学仿真软件Recur Dyn建立了顶置武器站发射动力学模型、履带式底盘模型、不同等级路面模型以及PID控制系统模型,并分别对其进行了初步验证。在此基础上,对不同等级路面的武器站炮控系统的稳定精度进行仿真计算,仿真结果表明:该型顶置武器站的稳定精度随路面等级的提高而恶化。     

相邻磁化磁体单元磁场等效合并特性分析

为了研究物性相同的相邻磁化磁体进行磁场等效拟合为单磁体的合理性,基于圆环电流理论磁体单元建立了相邻磁化磁体磁场计算模型;通过计算相邻磁体空间球面上的磁场,以等效磁场模量绝对误差最小建立了单磁体物性参数等效拟合反演目标函数,使用遗传模式搜索算法进行了反演参数求解。研究结果表明:拟合单磁体与原相邻磁化磁体单元的磁远场分布一致,磁场等效拟合磁通密度模相对误差随拟合球面半径增大而减小,同一球面上相对误差随外磁场夹角增大而先增大后减小,相对误差与材料磁各向异性及单元绝对边长无关。研究结果论证了磁化磁体单元磁场等效合并的合理性,能够为隐蔽性铁磁体所致磁异常数值模拟单元合并提供理论依据与误差评价准则。     

基于冷却液温度的柴油机不同海拔热平衡试验研究

针对柴油机在高原运行时存在的热负荷增大、冷却系统散热能力降低等热平衡问题,设计了电控共轨柴油机热平衡性能高海拔模拟试验装置,进行了基于冷却液温度的柴油机不同海拔热平衡试验,分析了在不同海拔下冷却液温度对柴油机热流量分配的影响。结果表明:海拔不变时,随冷却液温度的升高,有效功热量、排气散热量以及余项损失均增加,而冷却液散热量却在下降,且各部分热量变化幅度随海拔升高而增大。海拔为0km、3km以及5km时,冷却液温度每升高10℃,有效功热量分别增加了2.65%、2.99%以及3.88%,排气散热量分别增加了1.91%、2.19%以及3.08%,余项损失分别增加了21.1%、29.3%以及43.4%,冷却液散热量分别下降了9.8%、10.6%以及11.8%。冷却液温度不变时,随海拔的升高,有效功热量和排气散热量均下降,而冷却液散热量和余项损失均增加。     

破片式战斗部空中爆炸下冲击波与破片先后作用的临界爆距研究

为探讨破片式战斗部空中爆炸下冲击波与破片的先后作用机制,通过分析冲击波和破片在空气中的运动规律,在考虑壳体对冲击波强度的影响下,建立了冲击波与破片先后作用临界爆距的理论计算模型,并进行了实例分析。实例分析验证了理论模型的合理性和有效性。在此基础上,对临界爆距的影响因素进行了讨论,发现战斗部装填系数、装药类型以及壳体厚度对临界爆距的影响较大,而破片质量和形状对临界爆距的影响较小;随装填系数、装药爆热和爆速、破片质量的增大,临界爆距值均相应减小;随着壳体厚度和破片形状不规则度的提高,临界爆距值相应增大。     

坦克炮身管温度变化对射击精度的影响

应用非结构化网格离散结构,建立了具有太阳辐射及背景辐射与对流换热的坦克炮身管温度场的简化模型和身管弯曲计算的简化模型,对仅受太阳辐射以及背景辐射与对流换热相耦合的身管温度场进行了计算,求得身管径向的温度-时间曲线,并分析了身管外表面温度的变化规律。以温度场模型为基础,计算了坦克身管的弯曲量与温度场变化的关系,并提出减小此射击误差的措施。该模型对提高坦克射击精度具有实用价值。