多喷管超声速射流噪声的实验及数值模拟研究

为分析多喷管超声速燃气射流的噪声特性,对四喷管射流进行了实验和数值模拟研究。数值仿真采用大涡模拟结合Ffowcs Williams&Hawkings声学模型计算四喷管射流噪声,并与实验测量的噪声结果相对比以验证数值计算方法的可靠性。结果表明,仿真结果与实验结果变化趋势一致,其中远离地面的测点的总声压级与实验值相对误差为1.2%左右,验证了所采用的数值方法可准确预测多喷管超声速射流噪声;在高度欠膨胀状态下,四喷管的四束射流间存在相互干扰,并在四束射流合并后流动迅速转变为湍流状态;射流下游的大尺度湍流混合噪声是四喷管射流噪声的主要来源,总声压级沿射流方向最大。研究结果可为超声速喷管及其降噪方案设计提供参考。     

超声速扩压器中激波串结构的数值模拟

通过求解由BL湍流模型封闭的二维、轴对称及三维雷诺平均N S方程 ,数值模拟了等截面超声速扩压器中由激波 /附面层干扰诱导的复杂流场 ,比较了二维直管、圆截面直管及三维矩形截面直管中的流场特性、激波串长度及压强恢复程度。在来流马赫数为 3 0的二维直管计算中 ,采用四步Runge Kutta显式方法数值仿真了激波串自激振荡过程 ,并与实验结果作了对比分析     

激波对超声速流中横向射流的影响

为了揭示激波对超声速流中横向射流的影响,在超声速流中利用长9mm、坡度为23°的斜坡产生激波。组合利用高速摄影仪和纹影仪拍摄激波入射在气体和液体射流的不同位置,以及相同位置不同喷注压降时的流场纹影和阴影图像。结果表明,激波对气体和液体横向射流的影响基本相同,都表现为入射激波增强了湍流度,扩大了燃料空间发展区域,增强了与主流的混合,激波入射在射流的前部比射流的后部影响大。     

三维超声速隔离段湍流内流场旋涡结构的数值模拟

从基于雷诺平均的N S方程出发 ,采用有限体积方法离散控制方程 ,数值模拟了三维超声速隔离段湍流内流场。计算中采用了二阶OC TVD差分格式、LU隐式算法和Baldwin Lomax代数湍流模型。数值结果与实验做了对比 ,并结合隔离段中的激波串结构分析了其横截面上旋涡结构的发展过程及不同外形条件下旋涡的不同结构。计算结果表明采用本文发展的方法模拟隔离段湍流流场是可行的 ,截面为正方形与长方形的隔离段内的涡旋结构截然不同     

(修，2撤3)关键几何参数对超声速膨胀器流场和性能影响的数值研究

为了揭示关键几何参数对超声速膨胀器流动特性影响的规律,对3种隔板安装角和5种出进口面积比超声速膨胀器设计工况下的流场进行了数值研究。结果表明：随隔板安装角增加,斜激波向出口迁移,斜激波强度略有降低,超声速膨胀器膨胀比减小,效率提高;随出进口面积比增加,流道内高速区显著扩大并逐渐靠近压力面,斜激波增强,出口流动损失增加,超声速膨胀器膨胀比增大,效率降低。为获得综合性能较优超声速膨胀器结构,需在较小出进口面积比和较大隔板安装角之间做折衷选择。     

固体火箭发动机二次喷射控制矢量喷管流场仿真

采用基于Favre平均的三维N-S方程和k-ε湍流模型对固体火箭发动机二次喷射推力矢量喷管复杂干扰内流场进行数值模拟。空间上采用三阶精度差分格式进行求解,时间上采用隐式Jacobi点迭代方法进行迭代推进,直至流场收敛。数值模拟得到矢量喷管二次射流的激波系结构,以及复杂的主/次流干扰流动图像。二次喷射流场包含复杂的涡系结构和波系结构,还存在着边界层与激波的相互干扰、自由剪切层、激波、膨胀波和大尺寸分离。数值模拟还表明,高温燃气射流导致喷射孔附近喷管壁面处的温度相当高,需采取相应的热防护措施。     

不同抽吸孔布局的进气道数值模拟机理分析

采用标准k-ω SST湍流模型数值计算方法,针对2种不同抽吸孔布局的超声速进气道数值进行了模拟机理分析.结果 表明:在抽吸孔前缘引起的膨胀波与唇口反射激波相交,马赫数增加;模型-1在抽吸孔内形成循环涡流,马赫数增加到3.6,并在抽吸孔内多次反射,在抽吸孔出口的马赫数降低;而模型-2由于在受到剪切层的影响,在抽吸孔内形成...     

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.     

湍流射流的数值计算

本文用改进的K-ε模型对轴对称湍流射流进行了研究。流场的平均量和脉动量均与实验数据进行了对比。计算结果表明该模型可用于一般工程计算。     

不同推力与射流类型的火箭发动机排气噪声仿真研究

火箭发动机排气的气动噪声分析是降噪的基础。采用k-ε湍流模型和大涡模拟对发动机排气场进行仿真,再采用FW-H法对噪声场进行计算。对4种不同推力发动机的欠膨胀和过膨胀排气流场的仿真分析表明：排气场声功率级的分布与湍流强度的分布具有相似性,且有明显边界;声功率级在射流影响区域呈现锥形分布的特征,半锥角随推力增大但变化不大,在13°～16°;正激波后的声功率最大,此外噪声强度最大的位置介于马赫数为1的界面到燃气/空气界面之间;射流欠膨胀时,最大声功率在喷管出口下游,射流过膨胀时,最大声功率在喷口附近或内部;对于推力接近的发动机排气场,其噪声声压级基本相同,与射流状态无关;随着发动机推力的增大,声功率级最大值增大不多,而高声功率级的范围扩大是噪声增大的主因;发动机排气噪声的频率范围较宽,主频随着推力增大而降低的原因不是高频噪声降低,而是下游大尺度涡脉动引起的低频噪声增强。     

气态煤油超声速燃烧简化化学反应模型

为探究超燃冲压发动机燃烧室中煤油燃料燃烧的化学动力学过程,综合采用敏感性分析方法与路径分析方法,针对RP-3航空煤油三组分替代燃料的详细反应模型进行简化,建立一种适用于超声速燃烧流场数值模拟的新型26组分89反应简化燃烧反应模型。采用该简化燃烧模型对RP-3航空煤油替代燃料的点火、燃烧特性进行数值模拟,并与详细反应模型结果和试验数据进行对比校验。此外,将该简化燃烧模型与超声速燃烧流场计算方法相结合,数值分析了典型超燃冲压发动机燃烧室流场内化学动力学特性。研究结果表明：新型简化燃烧反应模型在不影响数值模拟精度的前提下,有效减少了反应组分与反应方程个数,提高了超声速复杂燃烧流场的数值模拟效率,并且能够准确获得烯烃、炔烃等重要中间燃烧产物以及小分子活性基团的空间分布规律,给出更全面的流场信息。     

一种求解飞行器廓线间断处超音速复杂流场的方法

用有限体积法求解三维完全气体的Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程,并将通量守恒的分区计算方法和Ｂ－Ｌ湍流模型修正结合在一起,捕捉到了间断处的分离涡、激波、膨胀波等流场信息     

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.     

坦克排气流场三维数值计算研究

应用FLUENT软件对某型号坦克排气管三维流场进行了CFD分析,采用标准k-ε湍流模型,应用SIMPLE算法对排气流场进行了数值计算,并将计算结果与测试结果进行对比。研究结果表明,排气出口计算值与测试值的相对误差小于7%,所使用的数值计算方法可用于排气流场的数值计算及分析,基本满足工程设计的需要。     

受限空间雾化射流降温与加湿作用数值分析

以雾化射流预防、控制受限空间内油气热安全事故为工程背景,综合可压缩流场控制方程、k-ε湍流模型、粒子动力学模型与相变传热模型,构建了描述受限空间内雾化射流降温与加湿作用的数值分析模型。借助Fluent流体动力学仿真软件,以1 600 mm×200 mm二维狭长受限空间中不同工况的雾化射流为算例,对雾化射流降温与加湿过程进行了数值模拟,并探讨了雾化射流流量与粒径的不同对上述作用的影响。所得结果为进一步探究雾化射流降温与加湿行为,推进雾化射流在热安全防护领域的工程应用提供借鉴和参考。     

轴对称淹没水射流喷管内外紊流流场数值模拟

利用淹没水射流可对有机物进行降解.为研究淹没水射流降解的流场特性,根据轴对称淹没水射流撞击靶件的条件建立了物理模型,选用κ-ε紊流模型采用SIMPLEC算法进行数值计算.计算结果表明,流场存在射流区、漫流区、撞击区和漩涡区:射流区离靶件较远的部分同自由射流结构相似;靶件冲击面上压力分布近似的呈正态分布.对物理模型进行适当的改进并进行模拟,其结果同相应的实验数据相吻合,验证了本模型的可行性和计算结果的正确性.     

高超声速乘波飞行器三维流场的并行数值模拟

针对高超声速乘波飞行器三维绕流流场,在基于LINUX+MPI系统的分布式并行计算平台上,并行求解了三维雷诺平均的N-S方程。并行数值方法采用的是有限体积方法(FVM)、OC-TVD差分格式、B-L代数湍流模型及流场分区的并行方法。计算结果表明,所采用的并行数值模拟方法能够求解包含强激波的流场,激波穿越区域边界时无断层、错位等通量不守恒的现象。并行计算效率高,8个处理机计算时的并行加速比达到了6 8。     

冷喷涂粒子速度影响因素的数值模拟与分析

冷喷涂过程中,粒子速度直接影响冷喷涂材料改性效果.由于射流流场为超音速气固两相冲击射流,用实验方法研究粒子速度的影响因素很困难,为此通过数值模拟方法再现流场中粒子速度的变化情况.用Fluent软件以冷喷涂技术中超音速气固两相射流流场为研究对象,对于气固两相流的模拟,则采用颗粒轨道模型(欧拉-拉格朗日模型)获得粒子在射流流场的速度变化情况;分析粒径、材料、喷涂距离以及载气等因素对粒子速度的影响.进一步优化冷喷涂工艺方案,得到了粒子特性与粒子到达基板前最大速度之间的优化关系.     

一种基于低扩散通量分裂方法的WENO格式研究

将低扩散通量分裂格式(LDFSS)和加权基本无振荡格式(WENO)相结合,构造出一种混合格式,其中WENO格式用于物理量重构,而LDFSS用于通量分裂。采用这种格式对Riemann问题、钝头体高超声速无粘绕流流场进行了计算,并对超声速平板湍流边界层进行了混合LES/RANS模拟,计算结果表明:相对于采用Lax-Fridrichs分裂的WENO格式来说,这种混合格式对于激波和接触间断的分辨率更高,并且在标量保正性方面更优,收敛性更好;而相对于采用带有Minmod限制器的MUSCL方法进行物理量高阶重构的LDFSS格式来说,这种混合格式在混合模拟的计算中能够更好地反映湍流流场的脉动特性,计算得到的湍流速度脉动量的统计值更加准确。     

宽马赫数变几何进气道性能快速计算方法

提出一种适用于初步设计的宽马赫数变几何超声速进气道性能快速计算方法,无需计算流场各点参数即可快速获得捕获流量系数φ和临界总压恢复系数σ。利用激波与进气道的几何关系判断起动;采用虚拟喉道假设计算第一道内压膨胀波;采用一组激波-膨胀波模拟喉道内复杂波系。为检验方法正确性,计算结果与无粘CFD结果进行了比对。φ相对误差在5%以内,随马赫数减小、攻角或楔板折角增大而增大;σ最大相对误差为4%,随马赫数、攻角、楔板折角增大而增大。