发动机内流场湍流数值模拟

以可压缩的全Ｎ－Ｓ方程为控制方程,用显式有限差分格式对燃烧室－－喷管轴对称湍流内流场进行了数值模拟。计算中采用ＭａｃＣｏｒｍａｃｋ两步显格式和Ｂａｌｄｗｉｎ－Ｌｏｍａｘ代数湍流模型,得到了管状装药发动机内流场的数值解,取得了令人满意的结果。此方法对发动机的设计有实际的工程参考价值。     

交叉激波湍流边界层干扰问题数值模拟

基于BANS方程,采用有限体积法离散计算区域,对流项使用Harten TVD格式进行流场求解,湍流部分应用Menter SST两方程湍流模型,建立了隐式LU-SGS方法的三维CFD计算程序,数值模拟了来流马赫数4.96条件下的18°×18°对称双楔产生的交叉激波/湍流边界层干扰问题,计算了不同剖面沿展向压强分布以及流场的详细结构,并将计算结果与相关文献的实验与计算结果进行了比较.     

脊状表面降噪特性研究

采用大涡模拟湍流模型(LES)仿真计算V型脊状面的湍流边界层流噪声,研究了V型脊状结构高宽比对降噪特性的影响。计算结果表明,大高宽比脊状结构降噪效果更加突出,其高频区的声压密度及峰值处的频率较其他两种尺寸都有明显减少,其中声压级最大减小量5dB。通过比较其上部区域流场的涡量及湍流脉动强度,发现如果脊峰更加"尖削",则脊状表面抑制涡发展、"稳定"湍流脉动的能力增强,而这就是其获得更好降噪效果的主要原因之一。     

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。     

脉冲防暴水炮炮管内湍流流场的大涡模拟

脉冲防暴水炮对于群体性骚乱事件的有效处置作用重大,为提高其刺激剂雾化效果及最大有效射程,奠定外流场研究的基础,进行了炮管内湍流流场的大涡模拟。并将结果与RANS的模拟结果做了比较,两者均受重力影响,炮管内速度梯度较大区域在气嘴出口处,水柱段速度基本相等。RANS模型的速度场呈对称分布,因对速度进行了均化处理,导致各处速...     

超声速燃烧火焰放热区结构CH-PLIF成像技术

超燃冲压发动机是吸气式高超声速飞行器的关键部件之一，超燃冲压发动机燃烧室内火焰结构的研究对揭示超声速燃烧的稳焰机理具有重要意义。利用平面激光诱导荧光（Planar Laser-Induced Fluorescence，PLIF）技术测量了超声速燃烧直连式试验台燃烧过程中重要自由基CH的二维分布，实现了超声速燃烧火焰放热区结构的可视化。在开敞空间的低速射流火焰炉中使用甲烷/空气预混火焰对CH-PLIF技术进行了初步验证和系统优化，再利用CH-PLIF技术在凹腔稳焰的超燃直连台上实现了超声速燃烧火焰放热区结构的二维可视化，并与OH-PLIF和CH自发辐射测量结果进行了对比。实验结果表明，在开敞空间的低速射流预混火焰中，火焰放热区会发生扭曲、褶皱和分裂等现象，随着雷诺数的增大，火焰锋面褶皱程度更加显著；在凹腔稳焰的超声速燃烧中，火焰放热区高度褶皱和破碎，放热区结构的厚度为0.5～6.5 mm，同时也存在放热区的分裂与剥离等现象。CH-PLIF技术能够以较高的空间分辨率更准确地呈现凹腔超声速火焰放热区的结构，其在凹腔稳焰的超声速燃烧诊断中具有重要的应用价值。     

多GPU的可压缩湍流并行计算

利用CUDA Fortran语言发展了一种基于GPU的计算流体力学可压缩湍流求解器。该求解器基于结构网格有限体积法,空间离散采用AUSMPW 格式,湍流模型为k-ω SST两方程模型,采用MPI实现并行计算。针对最新的GPU架构,讨论了通量计算的优化方法及GPU计算与PCIe数据传输、MPI通信重叠的多GPU并行算法。进行了超声速进气道及空天飞机等算例的数值模拟以验证GPU在大网格量情况下的加速性能。计算结果表明相对于Intel Xeon E5-2670 CPU单一核心的计算时间,单块NVIDIA GTX Titan Black GPU可获得107至125倍的加速比。利用四块GPU实现了复杂外形1.34亿网格的快速计算,并行效率为91.6%。     

基于相位估计的湍流降质图像盲复原

地基望远镜观测的空间目标图像受大气湍流的影响,其分辨率受到很大的限制。为了提高湍流降质图像的复原效果,提出一种改进的盲解卷积方法。首先,考虑观测图像受到高斯噪声和泊松噪声的干扰,推导出基于混合噪声模型的盲解卷积代价函数;然后,根据傅里叶光学原理,利用波前相位表示点扩展函数,将点扩展函数从像素值估计转换为参数估计;最后,通过参数化表示方式,将代价函数寻优从约束最优化问题转换为无约束最优化问题。模拟实验结果验证了本文模型与数值算法的有效性。     

分解炉内三维湍流流场数值模拟

针对某大型高性能分解炉的实际尺寸,用Realizable(带旋流修正的)k-ε模型,采用SIMPLE算法,二阶迎风差分格式,模拟了炉内三维湍流流场.计算所得的速度、压力分布与该炉热工标定的结果以及其实际运行的性能符合较好.     

棱纹面与洛仑兹力对湍流边界层特性影响的比较

用氢气泡技术对棱纹面平板以及施加行波式洛仑兹力的平板水边界层开展流动显示实验研究,探讨棱纹面与行波式洛仑兹力影响湍流边界层相干结构的作用机理.实验结果表明,棱纹面与洛仑兹力促进了边界层由层流向湍流的转捩;而对于湍流边界层,在一定的无量纲参数范围内棱纹面与行波式洛仑兹力都能实现边界层的局部减阻,相应地湍流边界层粘性底层低速条带平均间距有所增加.