三角翼大迎角非对称旋涡破裂数值模拟

采用由伪时间子迭代格式实现的二阶精度LU SGS方法进行时间推进,并以Jameson中心加人工粘性格式进行空间离散,应用层流假设和Baldwin Lomax(B-L)模式,求解雷诺平均的薄层Navier Stokes(N-S)方程组以模拟细长三角翼大迎角流动.为验证本方法,首先计算了具备实验数据的65°后掠角三角翼大迎角流场,获得令人满意的结果;然后模拟了80°后掠角的细长三角翼,研究其大迎角非对称旋涡破裂特性.     

轴对称射流气动声场的数值模拟

构造了Kirchhoff积分和CFD计算相结合的算法,采用高精度差分格式对不同喷口马赫数的轴对称射流进行数值模拟,并以此作为近场声源,运用Kirchhoff积分方法研究远场气动噪声.数值结果表明,远场噪声具有方向性,噪声声压在离开对称轴20°处达到最大值.随着传播距离增大,噪声方向性逐渐减弱.     

金属纤维烧结过程的分数阶模型

基于金属纤维烧结结点的几何模型,运用Caputo分数阶微分方程,建立时间分数阶表面扩散模型,使用有限差分法求数值解,实现金属纤维烧结过程的数值模拟.对不同的阶数进行模拟,得到0~1阶烧结过程数值结果及颈长变化规律;在阶数为0.9阶时,模拟初始夹角为0°、30°、60°、90°时的烧结过程.结果表明：阶数等于1时的结果与整数阶扩散模型一致;烧结的初始阶段,整数阶与分数阶模拟的颈半径迅速生长,随着烧结的进行,分数阶模拟的烧结颈长出现局部波动,最后以大于整数阶的增长速率增长;阶数固定时,初始夹角越小,增长速率越大.分数阶表面扩散模型比整数阶表面扩散模型能更好地描述纤维烧结过程中烧结结点的复杂变化.     

超声速气流下强激光辐照靶体失效数值模拟

建立了能够反映激光、流场和结构相互作用的热流固耦合数值计算方法,用于模拟超声速气流（马赫数1.2~4.0）作用下强激光辐照靶体结构的失效行为。分析了不同耦合策略对数值计算结果的影响。研究了激光功率密度及来流马赫数对屈服失效和熔融失效行为的影响。结果表明:激光功率密度对失效辐照时间影响显著;存在一个临界马赫数,使得达到屈服失效和熔融失效的辐照时间最长。通过定量分析激光辐照下不同马赫数的气动生热、散热及能量分配,解释了临界马赫数存在的机理。     

欠膨胀氢气射流激波结构数值模拟研究

本文利用数值模拟的方法研究了高压氢气泄漏所产生的欠膨胀氢气射流的激波结构。采用二维轴对称几何模型,分别模拟了不同压力比下,出口直径为1 mm的氢气射流。模拟得到了不同压力比下激波结构的形态和特征尺寸,包括马赫盘的位置、直径和边界层的厚度等。通过计算结果与实验测量的比较表明,当泄漏源压力小于3 MPa时,数值模拟不能够得到实验中观测到的典型激波结构;而当泄漏源压力达到3 MPa及以上时,数值模拟就可以成功地计算欠膨胀射流的激波结构.此外,模拟还得到了沿射流中心线的气流马赫数、压力和温度等一系列气流参数。     

叶轮机通流模型周向脉动应力项建模及分析

为了模化周向平均通流模型中的周向脉动应力项,一种基于势流分析的代数方法被提出,并被整合到通流模型中。通过对具有不同弯角、不同迎角以及不同来流马赫数的叶栅开展三维数值模拟和通流计算,分析结果表明:主要由无黏叶片力所诱发的周向不均匀性会重新组织叶片通道的进口流场,进而改变迎角。并且,随着负荷或马赫数的提高,这种周向不均匀性将加强,其对流动的影响也会进一步提升。加入该代数模型后,通流模型能够很好地实现对周向不均匀性的预测,周向脉动源项在前缘前与三维结果的偏差在5%以内,对叶片通道进口气流角改变量的预测精度提高了50%以上。     

附面层吸除对压气机叶栅稠度特性影响

数值模拟了不同稠度下吸气量及位置对某大转角吸气式压气机叶栅气动性能影响。结果表明,附面层吸除(BLS)使得吸力面角区低能流体积聚减弱,气流折转能力加强;随稠度增加,叶栅总压损失最高降低分别为32.9％、27.7％和25.1％,出口气流角最大增加值为5.0°、4.2°和3.1°,即小稠度叶栅具有较佳气动性能;BLS导致的栅内扩压能力恢复和通道涡三维分离效应的改善应是确定最佳设计参数的判定原则。吸气式叶栅附面层承受逆压梯度能力强的特点为高负荷、小稠度压气机设计提供了极具潜力的技术途径。     

毛细管内液氮的自然对流换热数值计算分析

主要探讨了毛细管管径以及倾角对其内的加热丝与液氮的换热效果的影响。应用FLUENT软件对0、30、60、90倾角下管径为1.2mm和2.0mm的毛细管内的加热丝与液氮的换热情况进行了三维数值模拟,得到了管内液氮的速度、温度以及加热丝的温度分布情况。数值计算结果与实验结果吻合的比较好。计算结果表明倾角为30°和60°的换热效果最好,大管径下的换热情况要比小管径的换热效果好。     

内乘波式内并联TBCC进气道变几何规律优化分析

为利用内收缩进气道在流量捕获、高性能压缩等方面的优势,积极探索基于内收缩式TBCC进气道设计技术是当前高速推进系统的前沿方向。本文基于自主提出的内乘波式进气道技术,研究了内乘波式TBCC进气道变几何技术。为保证变几何作动时进气道气流密封,同时减小密封板对进气道等熵波系的影响,采用对称面带二元过渡板的内乘波进气道作为TBCC基础型面。根据TBCC变几何方案,随马赫数变化进气道进行变几何作动,得到了变几何参数随来流马赫数变化的拟合公式,为各马赫数下变几何作动提供参考和依据.数值模拟结果表明:在工作马赫数2.0～4.0范围内,变几何进气道均能成功起动,流量系数在0.86以上,喉道总压恢复系数在0.77～0.93之间,气动性能良好。     

YLSG 107高升力翼型主动流动控制的数值模拟

数值模拟零质量射流与YLSG 107翼型绕流的干扰流场,探讨零质量射流在高升力翼型失速控制中的控制效果、控制特性及控制机理.数值模拟以积分形式雷诺平均Navier-Stokes(N-S)方程为控制方程,采用格心有限体积法进行求解.通过在喷口上施加非定常边界吹/吸边界条件模拟射流对翼型绕流的干扰.采用与风洞实验相同的来流状态和控制参数进行数值模拟,得到与实验相吻合的结果.为进一步研究控制特性和控制规律、提出改进的实验方案,研究不同动量系数、不同射流偏角对控制效果的影响,并对法向射流和近切向射流进行较深入的比较.研究表明,先前的风洞实验对应的射流动量系数(0.000 014)偏小是控制效果不显著的重要原因之一,必须达到0.001以上才有明显控制效果(射流动量系数为0.005时可使该翼型失速迎角增大2°,最大升力提高8.7%);近切向射流在失速控制方面明显优于法向射流.     

高速气流作用下激光加热金属平板数值模拟

数值模拟研究了高速气流作用下激光加热金属平板温度场。流体控制方程为三维雷诺平均Navier-Stokes方程,固体控制方程为能量方程,湍流粘性系数求解使用k-ε两方程模型。采用流固耦合计算方法,使用两相流模型模拟气流对烧蚀物的剥蚀,较完整地模拟了激光辐照金属材料的物理变化过程,计算得到了不同气流速度下金属平板的温度分布以及烧蚀形貌。分别使用两相流方法和动网格方法对高速气流作用下激光对金属板的烧蚀效应进行了计算,结果表明,两相流方法与动网格方法都能较好地模拟高速气流作用下激光加热金属平板的温度响应,由于两相流方法能够较全面地模拟对流换热、熔化与凝固过程以及金属液体在气流冲刷下的动力学过程,因此能获得比动网格方法更为合理的物理图像。     

点火位置对激光等离子体减阻效能的影响

利用激光等离子体减小高超声速飞行器波阻是一种新概念减阻方式,点火位置是研究减阻效能的重要参数。基于有限体积法和分区结构网格划分的高分辨力数值方法,在气流马赫数为6.5、飞行高度为30km条件下,计算了不同点火位置对减小高超声速飞行器波阻的影响。研究结果表明:利用激光等离子体可以有效地减小高超声速钝头体飞行器波阻;点火位置到驻点的距离与飞行器直径之比为2时,减阻效果最好,且数值模拟与理论计算结果吻合较好。     

康普顿相机图像重建中的快速滤波反投影算法

提出一个由CZT像素探测器与NaI闪烁体阵列组成的康普顿相机，计算探测器系统的几何参数、散射体探测器的能量分辨率及多普勒展宽等因素对相机空间分辨率的影响.相机的总体角分辨率为5.1°~5.6°，主要影响因素为探测器系统的几何参数.首先用解析方法研究图像重建中的滤波反投影算法，不考虑展宽影响时点源重建图像的角分辨率可达1.7°，考虑展宽影响时角分辨率可达4.2°；然后利用Geant4程序进行模拟，用实际应用方法对模拟数据进行重建，不考虑展宽影响时的角分辨率为1.7°，考虑展宽影响时角分辨率可达5.1°.采用滤波反投影算法进行图像重建时，在OpenCL框架下利用GPU实现并行加速，加速比为79倍.     

倾斜度及温度震荡频率对三维多孔介质方腔自然对流换热的影响

对三维多孔介质倾斜方腔内非稳态自然对流换热进行数值研究.腔体右壁面(X=1)保持恒温T₀,左壁面(X=0)基于温度T₀按正弦规律变化,其他所有壁面保持绝热.采用Brinkman扩展达西模型及SIMPLE算法模拟方腔内的流动.方腔沿y轴转动倾角α1的变化范围为0°~90°,沿x轴转动倾角α2的变化范围为0°~45°,无量纲温度震荡频率f的变化范围为5π~90π.详细研究倾角和温度震荡频率对三维方腔自然对流换热的影响.计算结果表明:当倾角α1=46°,α2=45°及温度震荡频率f=45π时,方腔内的换热最强.     

导电突扩管中磁流体管流的数值模拟

采用基于OpenFOAM环境自主开发的低磁雷诺数磁流体求解器,对45°和90°突扩矩形管中液态金属流体在受到垂直流向的外加磁场作用时的速度、感应电流、压力的分布及突扩位置处的MHD三维现象进行数值模拟.结果表明：磁场沿突扩方向时,由于无回流涡,45°比90°突扩管在肩部位置速度分布更优.哈特曼数增大,强射流和突扩结构,在突扩肩部位置引发流动的不稳定性.伴随感应电流的不稳定,流动不稳定发展到突扩位置上游.磁场沿垂直突扩方向时感应电流的三维效应显著.哈特曼数增大,MHD压降显著增大.同方向磁场和相同哈特曼数,不同突扩角度的三维无量纲压力梯度无明显差异.     

扩压叶栅角区马蹄涡的实验研究

本文给出了用三维激光多普勒测速技术对扩压叶栅叶片前缘马蹄涡的测量结果。实验结果表明：在０°和１０°两种攻角条件下均存在清晰的前缘马蹄涡;二次流的影响使得在靠近端壁壁面的区域实际入口气流角和叶片中径处不同,在不同的攻角条件下这种影响也不同;前缘马蹄涡的存在使得接近前缘的气流方向改变,气流角增大。     

涡轮动叶采用弯叶片的数值模拟及流场结构分析

本文采用数值模拟的方法,对某型涡轮动叶,计算了±１０°、±５°、０°、１５°、２０°七种倾角下的动叶流场,流场模拟的结果表明,采用正弯叶栅能够减少二次流损失,使总损失与常规动叶相比下降了约１０％,并加强了下通道涡,上通道涡喊弱。     

同轴插板式相移器数值模拟与实验研究

 根据同轴插板式相移器的基本工作原理，对该相移器进行了数值模拟与优化设计，并重点研究了其结构工艺和相移控制方式。在此基础上研制了一个中心频率为4.1 GHz的相移器模型，并通过矢量网络分析仪进行了实验测量。测量结果表明：在4.0～4.2 GHz的频带范围内，该相移器可实现90°的相移量，相移量化精度为1°，相移精度为±１０°,相移器插损1.5 dB。     

用于校准能见度仪的标准散射体定标系统中光学系统的设计

为了实现校准能见度仪中标准散射体的快速准确定标,建立了用于校准能见度仪的标准散射体的定标系统.研究了定标系统中全景成像折反光学系统的设计方法.根据抛物面反射镜的光学特性推导出抛物面面型的计算方法.根据定标系统对光学系统的要求,完成全景成像色度计光学系统的设计.对全景成像折反光学系统进行建模仿真并设计实验验证光学系统的设计与仿真结果的正确性.实验结果表明:全景成像折反光学系统的空间检测俯仰角范围为0°~90°,方位角范围为0°~360°,且最小角分辨率为1°,与仿真结果基本一致,满足用于校准能见度仪的标准散射体定标系统中光学系统的设计要求.     

涡轮后机匣流场性能实验研究

对低压涡轮后机匣进行实验研究。对不同来流马赫数及不同来流气流角下的涡轮后机匣流场参数进行测量,分析其在不同来流条件下的整流及损失情况。研究结果表明:支板叶型为前加载且按最大厚度积叠的涡轮后机匣在设计点及非设计点状态都将气流从偏离轴向偏转到基本接近轴向,且总压损失都较小。来流马赫数的改变对后机匣出口气流角影响不大,但来流马赫数的增加会导致其总压损失增加;而来流气流角改变对其出口气流角及总压损失的影响相对较小,但出口气流角及总压损失沿径向的分布会随来流气流角的改变发生变化。