高超声速低温喷管副喷管参数化设计

 通过对DF化学激光器高超声速低温(HYLTE)喷管副喷管流动与几何参数进行制约关系和敏感性分析，确定了能够对副喷管进行参数化设计的4个基本几何控制参数和2个调节参数，初步建立了HYLTE喷管副喷管的参数化设计方法。引入了相对未混合度作为衡量喷管混合效果的性能参数，建立了较完备的3维反应流数值模拟计算程序。结果表明：该方法选择的基本参数能够敏感地反映HYLTE喷管副喷管的尺寸特征和关键性能。     

含湿天然气超音速凝结研究

在气液无滑移假设下建立了天然气超音速凝结数理模型,研究了天然气中水蒸气的超音速凝结过程,并分析了Laval喷管扩张段半扩张角对凝结的影响.结果表明凝结模型是合理的,液滴成核只发生在喷管喉部后非常狭窄的区域,此后水滴的生长变得非常缓慢,直至喷管出口不再发生显著的增加;喷管半扩张角的大小对液滴的成核、生长有显著影响,成核位置随半扩张角的增加略向上游移动;喷管扩张段0.16°半扩张角在总压损失、出口马赫数、出口液滴尺寸等方面具有最佳的综合效果.     

引气位置对旁路式二元激波矢量喷管性能影响

流体推力矢量技术可为超声速无尾布局提供良好的隐身性能与纵向操纵力矩,具有响应快、质量小等优势。旁路式激波矢量喷管无须从发动机引气,克服了为增加矢量角而增加发动机引气流量的问题,可降低发动机的负担。开展了引气位置对旁路式二元激波矢量喷管矢量性能影响研究,为加深对此种喷管性能理解以及将其实用化打下基础。结果表明：喉道引气喷管兼具激波矢量和喉道偏斜法的特征,入口引气喷管在过膨胀状态下性能更好,喉道引气喷管在欠膨胀状态下更有优势。射流后的分离模式显著影响喷管矢量性能,闭式分离使喷管矢量性能下降明显,喉道引气喷管矢量性能突变对应的落压比小于入口引气喷管。实际应用中,应避免分离模式由开式分离转为闭式分离,根据不同膨胀状态搭配不同的旁路式引气方式能够最大化旁路式二元激波矢量喷管性能。     

氟化氢泛频化学激光器高超音速低温喷管研究

 通过建立一套氟化氢泛频化学激光器实验系统，介绍了一种新型高超音速低温喷管的结构及其实验参数设置方法；对喷管性能进行了测试，并将实验结果同数值模拟结果进行对比，找出了改善喷管性能的方法。由该喷管构成的激光系统已顺利出光。     

天然气超音速低温液化技术研究

液化是天然气利用的一种重要形式,在天然气消费中占有重要地位,天然气超音速液化技术是一种新型的天然气液化手段。为研究低温条件下天然气超音速凝结过程,特设计用于天然气超音速液化的Laval喷管,采用内部一致经典成核理论及Gyarmathy模型计算成核率及液滴生长率,在入口压力6 MPa、温度273.15 K的工况下,通过Fluent软件数值模拟了天然气超音速液化过程中主要参数在Laval喷管内的分布情况。结果表明:天然气进入Laval喷管后压力、温度不断降低(最低压力0.796 MPa,最低温度191 K),与等熵(无凝结)流动相比,天然气在Laval喷管喉部之后的一段距离饱和度增大到一定值时,由于释放潜热对气流的加热作用,压力开始升高,天然气产生凝结冲波现象,极限成核率为2.60×10~(21)/(kg·s);随着凝结潜热的释放,成核率急剧变为0;凝结核生成后伴随着液滴的继续生长,在Laval喷管出口处天然气凝结的液滴半径为3.90×10~(-7) m,液滴数目为7.42×10~(14)/m~3,液相质量分数达0.232,取得了良好效果。     

对可压缩流体若干问题的讨论

根据气体幼力学中一维定常等熵等流的基本方程组,得出的一维定常等熵管流的速度变化与管截面变化关系式,定性一讨论了一维定常等熵管流的截面变化对气流速度的影响。     

组合结构对辐射散热物体温度分布的影响

1引言某飞行器初步设计方案确定，其变轨发动机采用四喷管组合结构。该结构对喷管散热性能提出了新的要求：由于原型单一喷管设计采用辐射散热，且工作温度已接近材料许用的温度的上限，设计人员必需正确地预测新型四喷管结构中壁面温度的分布情况，以确保由于诸喷管相互辐射引起的温升不得超过现有材料的温度限制范围。它由四个缩放型（Layal）喷管组成，其型线由六段曲线组成，各喷管轴线对公共轴（各喷管的几何中心）均外翻．角（产一3N8度）。对此，我们采用有限元方法，计算了喷管各微元面间的角系数山。在此基础上，完成了辐射传热计…     

直排型连续波DF/HF化学激光器气流通道模型中氮作引射气的相变问题

为了研究直排型连续波DF/HF化学激光器的启动特性,建立了一套化学激光器气流通道双喷管小型实验模型。以氮和氦作为引射介质,采用两种面积比的引射喷管,进行了启动实验。实验表明,当以氮作为引射介质,采用大面积比的引射喷管进行实验时,实验数据与1维理论计算结果相差很大。分析认为,该次实验中,在引射喷管内剧烈地膨胀后,部分N2已经发生相变,理论计算采用的1维定常流处理法已经不再适用。计算表明,连续波DF/HF化学激光器中的光腔燃料和副稀释剂He不会发生相变,但当以N2作副稀释剂时,副稀释剂喷管面积比不能过大。     

吸气式脉冲爆震发动机喷管试验研究

分别对采用不同面积比、不同长径比的收敛喷管、扩张喷管和收扩喷管的吸气式脉冲爆震发动机(PDE)进行了多循环爆震试验研究,着重研究了不同工作频率下喷管面积比和长径比对吸气式PDE性能的影响.研究发现,各个工作频率下,收敛喷管均能显著提高发动机性能,面积比越小,增推效果越好,最大能够达到32%;扩张喷管则降低发动机性能或者增推效果有限;收敛扩张喷管增推效果略低于对应面积比的收敛喷管.喷管长径比对吸气式PDE性能影响不大,随着长径比增加,PDE推力略有降低.     

突扩管爆轰推进及其喷管推力性能数值模拟

基于均相反应流N-S方程以及kε-湍流模型与EBU燃烧模型,对爆轰波在突扩管内传播,以及主爆轰管加装不同形状喷管后对推力性能的影响进行了数值模拟。结果表明,爆轰波从预爆管进入主管后,能迅速诱发新的爆轰。另外,主管加装各类喷管后,单次爆轰所得的平均推力发生变化。其中,发动机端部推力随喷管收敛角度的增大而提高,并随扩张角度的增大而降低,但平均总推力却随扩张角度的增大而提高,随收敛角度的增大而降低,并存在一个最佳扩张角。     

Stationary Fluid Dynamic Behaviour of V-Shaped Diffuser/Nozzle Elements for Valveless Micropump

A novel type of V-shaped （isosceles triangle cross-section） diffuser/nozzle element is proposed for use for valveless micropump. Stationary fluid dynamic behaviour of V-shaped diffuser/nozzle elements in a valveless micropump is investigated by experiment and simulation. Both the results agree well with each other when the Reynolds number is higher than 100 and the pressure loss coefficient ratio of micropump nearly always keeps a constant. For a single V-shaped diffuser, the general trends of variation of pressure loss coefficient with opening angle and Reynolds number are opposite in small and large angles. Compared with conical and flat-wall diffusers, V-shaped diffuser shows the smallest pressure loss when the Reynolds number is 200.     

Laval喷管内天然气低温脱除硫化氢机理

为了揭示低温条件下天然气中硫化氢气体超声速凝结特性,为实现天然气超声速旋流分离技术在天然气脱硫化氢领域的应用提供理论依据,建立了甲烷-硫化氢双组分气体超声速凝结流动数学模型,对Laval喷管内不同组分比例条件下甲烷-硫化氢双组分气体凝结流动进行了数值模拟,得出了Laval喷管内温度、压力、速度、成核率、液滴数目、液滴半径、液相质量分数的分布情况。结果表明,随着入口硫化氢含量的增加,入口过冷度增加,更容易达到凝结所需要的极限过冷度,成核发生位置越靠近喉部,且成核区间变窄,极限成核率增大;硫化氢气体凝结释放的潜热对流场产生影响,使得马赫数和过冷度略有降低,之后几乎保持稳定至出口;入口硫化氢含量较高时,硫化氢液滴半径较大,Laval喷管出口液相所占比重较大;而当入口硫化氢含量较低时,液滴半径明显减小,Laval喷管出口液相硫化氢所占比重几乎为0,硫化氢的脱除效率较低。     

以氮气为载气的碘喷管位置计算

当以氮气代替氦气作为COIL载气时，为提高12以及O2（^1△）的利用率，碘喷管的位置应该向气流下游方向移动，文中就碘喷管的最佳位置进行了计算。     

微喷管流的连续介质模型及其适用性

基于无滑移和有滑移的连续介质模型,对微喷管内的超声速冷态气体流场进行了二维和三维数值模拟,利用DSMC方法验证微喷管流中的连续介质模型,并重点分析微喷管流的低雷诺数效应、三维端面效应及其推进性能.研究表明,局部流场的模拟对模型和边界条件的要求要高于推进性能的估算,在努森数小于0.03时,可以使用无滑移的N-S方程预测推进性能;雷诺数是表征低雷诺数效应和推进性能的特征参数,提高工作压力可以改善微喷管的粘性损失和推进性能;在雷诺数大于1000时,若蚀刻深度和喉部宽度的比值超过13,微喷管具备很好的二维特性.     

以氮气为载气COIL的设计与实验

 根据以氮气为载气的特殊要求，对kW级氧碘化学激光器（COIL）装置的结构进行了有针对性的设计和实验研究。在氯气流量为140mol/s的情况下, 获得了2.6kW的功率, 相应的化学效率为20.4%, 喷管出口能流密度达到了74W/cm²。这一结果达到了以氦气为载气COIL的水平。     

外界核心对喷管内水蒸气凝结流动的影响

建立了考虑摩擦阻力的一维水蒸气超音速流凝结数学模型,对喷管内含有不同初始浓度和半径的外界核心的水蒸气超音速流凝结过程进行了数值计算。结果发现:当外界核心浓度在不同范围内时,外界核心半径对凝结有不同的影响规律;当外界核心半径在不同范围内时,外界核心浓度对凝结也有不同的影响规律;为了促进凝结的发生,要选择匹配的外界核心平均半径和浓度。选定喷管出口的液相质量分数为标准,针对计算的几种情况得出:当外界核心半径为1.0×10~(-9)m,外界核心浓度为1.0×10~(14)kg~(-1)时,对应的喷管出口处的液相质量分数最大。     

喷管长度对直筒型激光推力器推进性能的影响

"烧蚀模式"激光推进是利用强激光烧蚀推力器自身携带的工质产生的高温高压气团反喷进行驱动的,推力器的喷管构型对推进性能有重要影响。鉴于此,从实验和数值模拟两个方面研究了喷管长度对直筒型激光推力器推进性能的影响。实验发现,衡量推进性能的2个主要参数冲量耦合系数和比冲均随着喷管长度的增加而增加,不过前者的增长呈渐缓趋势。综合考虑推进参数和推力器自重的影响,导出了推力器获得最大单脉冲速度增量(ΔvT)的最佳喷管长度公式。数值模拟得到的不同喷管长度推力器推进参数的变化规律与实验结果基本吻合:若喷管长度过短,则高压气体未能充分作用于推力器就被排出筒外,造成了能量的浪费;若喷管长度过长,筒内压力的衰减则成为影响推进性能的主要因素,从而解释了直筒型推力器的推进性能的增长趋势随喷管长度增加而逐渐趋缓的原因。     

摩擦阻力对双组分混合物自发凝结影响的研究

为了揭示摩擦阻力对喷管内双组分混合物自发凝结流动的影响,建立了双组分混合物自发凝结流动数学模型,对双组分混合物的不平衡凝结流动进行了数值模拟,给出了沿喷管轴向的相关参数分布,模拟结果与相关文献实验结果基本一致.利用该模型研究了摩擦阻力对双组分混合物自发凝结的影响,发现摩擦阻力的大小对喷管内双组分混合物自发凝结参数都有很大影响,因此在喷管加工中努力提高加工精度,尽量减小摩擦阻力对自发凝结的影响是重要的.