地下储油复杂组合空间油气扩散蔓延三维数值模拟

针对地下储油复杂组合空间,采用大涡模拟的方法构建了油气扩散蔓延三维数值模拟模型,完成了油气扩散蔓延区域的空间离散和三维数值模拟求解优化,并进行了数值计算与分析。结果表明,在地下复杂组合受限空间油料泄漏后,罐室内的油气填充顺序为由边缘到出口、由底部到上部,油气不能达到100%的充满状态,罐室拱形顶部油气体积分数低于其爆炸下限的20%;罐室内油气的产生和蔓延十分迅速,从泄漏至到达罐室口仅需10 s,进入坑道仅需1 min;油气在流出罐室进入坑道后,具有迅速向四周扩散蔓延,流向一切可能注入的空间的特性。研究结果为地下储油工程的施工建设、安全管理、危险源监控等提供了有益参考。     

不同形状喷嘴内流场模拟分析

建立了前混合磨料水射流喷嘴内固液两相流动的数学模型,运用Fluent软件对圆柱型、圆锥收敛型、流线型和圆锥带圆柱段收敛型喷嘴内流场进行了数值模拟,分析了喷嘴形状对喷嘴内流场和磨料颗粒加速性能的影响,并通过切割实验验证了仿真结果的可靠性。结果表明:圆柱型喷嘴能量损耗较大,圆锥收敛型喷嘴对磨料颗粒的加速性能差,流线型喷嘴性能良好但不易加工,只有圆锥带圆柱段收敛型喷嘴是用作前混合式磨料水射流喷嘴的最优选择。     

浮空器气体混充定高建模与仿真

依据浮空器浮重平衡特性以及理想气体状态方程,探索了一种气体混充控制浮空器平飞高度的定高方式,并对浮空器气体混充定高技术进行了总体设计研究。考虑到热力学特性对于浮空器上升过程和平飞过程的重要性,结合工程热力学中混充气体的热物性能,以超压气球作为研究对象,分析球体上升和平飞过程中的热环境,并与动力学模型进行耦合。在此基础上,对混充气球上升及平飞过程进行力学仿真,得到气球上升过程中高度、速度、气体温度以及压强的变化,验证了浮空器混充定高技术的可行性,为后续浮空器飞行试验提供指导。     

分段履带式水陆两栖车减阻增速试验及数值仿真

为了研究分段履带式水陆两栖车的水动力性能,实现减阻增速,将尾翼板安装到水陆两栖车的方艉部,并开展了水池试验和仿真研究,两者的研究结果具有较好的一致性。通过仿真研究了车体的纵向重心位置、尾翼板的长度和角度对水陆两栖车阻力性能的影响,并分析了阻力成分的变化趋势。研究结果表明:车体纵向重心位置在540～560 mm 时,车体所受水阻力最小;在速度为3～5 m/s时,长度为156 mm,与水平面夹角为10°的尾翼板减阻效果最明显,相比于原裸车体的阻力,减阻率达到34.3%;加装尾翼板可以增加车体的尾部中空区长度,相当于增加了水线长,增大了长宽比。该研究表明:适当调节重心位置和优化尾翼板参数,可以有效实现水陆两栖车的减阻增速。     

伞衣优化设计对群伞系统气动特性的影响分析

随着载人航天、深空探测等航天任务的蓬勃发展,航天器回收载荷质量大幅提高,以单具降落伞为功能核心的传统减速系统已不能满足大质量回收载荷日益提高的迫切要求,发展群伞减速着陆系统是实现大载重航天器高效减速和无损着陆要求的发展方向。本文采用数值模拟手段对群伞系统的气动特性开展仿真研究,结合环帆伞构型优化设计,分析了多种构型下群伞系统的气动特性。通过对仿真结果进行流场分析和数据对比发现,开窗/开缝设计既能够确保群伞系统具有良好的阻力特性,又能够维持群伞系统的工作稳定性,避免单伞之间由于受力而发生碰撞现象。采用数值仿真手段不仅可以提高降落伞研制效率,降低研发成本,也为设计人员掌握群伞系统的工作原理、促进降落伞设计理论发展提供了有力保证。     

全隐LU-SGS算法在高超声速热化学非平衡流刚性问题中的应用

在高超声速热化学非平衡流动计算中,当地气体能量松弛时间、化学反应特征时间与流动时间推进步长量级差异过大会带来严重数值刚性问题,且在高雷诺数条件下,壁面、拐角等强干扰区网格加密使得该问题加剧,导致初始最大CFL数极小,收敛速度缓慢.原始LU-SGS算法仅考虑化学反应源项和对流项的隐式处理,通过推导黏性项Jacobian矩...     

工程陶瓷单晶压痕边缘破碎理论研究与机理分析

通过单晶压痕边缘破碎实验,研究陶瓷发生边缘脆性破裂整个过程的力值变化,结果表明:压痕距边缘距离越小,压力施载速度越快,发生边缘破碎的脆性断裂力值越小。结合单晶压痕应力场数值模型和有限元仿真,分析了陶瓷材料受不同条件的外加载压力作用下的应力场分布和失效条件,其所得结论与实际结果一致。通过对压痕部位和边缘破碎部位显微形貌观察,证明边缘破碎缘于裂纹失稳扩展和贯通,并运用线弹性断裂力学理论分析了边缘破碎机理。     

径向载荷作用下管道挤压变形过程数值模拟

野外埋地敷设的长距离输油管道发生断裂等较大事故时,采用管道局部挤压的方式可以在较短时间内将管道快速压扁以截断流油。为设计管道挤压截流装置,运用ANSYS Workbench建立上下压头加载作用下管道挤压的有限元模型,完成对ф159 mm×5 mm的45号钢挤压变形模拟仿真,得到管道挤压的等效应力、位移分布、变形范围和载荷-位移曲线等。将模拟数据与实验数据进行对比,两者结果比较吻合,可以为管道泄漏抢修提供理论和实践参考。