高速非均匀热气流中跨流喷射的两态燃油浓度分布计算

一、前言 燃油浓度分布与气动特性是决定发动机燃烧室性能的两个关键。试验结果表明,实际燃烧室中,流体速度的不均匀性与温度对燃油浓度分布的影响均需考虑。本文在试验研究基础上,介绍了非均匀高速热气流中跨流喷射的两态燃油浓度分布的计算方法。     

来流温度速度不均匀时换热器效能的分析

本文得出了逆流换热器来流温度分布不均匀、相变叉流换热器单相侧来流温度分布不均匀不影响换热器效能的结论；来流速度分布不均匀削弱了换热器的传热，温差场均匀性因子愈大效能愈高，即“换热器温差场均匀性原则”也能指导来流速度分布不均匀的逆流和相变叉流换热器的热分析。     

超声速流场条件下激光辐照耦合效应数值模拟

激光辐照结构物包含复杂的多物理场耦合问题,其存在流、热、固多种机制的耦合效应。结合计算流体力学(CFD)和有限元方法,对超声速条件下的激光辐照平板问题进行了热流固耦合分析。采用CFD方法得到平板附近流场分布,利用有限元方法计算平板的温度分布,并将二者结合起来实现流体和固体间的数据交互。理论分析确定了流场效应的最主要影响参数为来流马赫数与攻角。对于不同马赫数,激光区域在6 Ma条件下存在温度的谷值,小于等于6 Ma条件下主要体现为冷却效应,而6 Ma以上主要体现为气动加热效应。攻角增大会导致激光区流体质量流量的增加,使冷却效应更加明显。最后综合分析了流场气动加热和冷却两种效应的产生机制。     

多背压凝汽器温差场均匀性分析

一、引言 所谓温差场是指换热器中热冷流体间温度差的空间分布。过增元等通过对逆流、叉流和顺流换热器温差场的分析,提出了“换热器温差场愈均匀,不仅热力学效益愈高,而且传热效能也愈高”的新构想,并称其为“温差场均匀性原则”。温差场均匀性原则的应用实例还不够多,其严格性和普遍性也还有待进一步完善。     

限制域对中心分级燃烧室出口温度分布的影响

为了研究中心分级燃烧室的气动热力特性以及火焰筒限制域对出口温度分布的影响,在三头部燃烧室中进行了流场、油雾场、组分场测试,并在高温高压下测量了不同火焰筒限制域的出口温度。实验结果显示,限制域的缩短会增加出口热斑面积和OTDF。借助数值模拟得出限制域减小使已燃回流产物的稀释作用减弱,预燃级附近产生更高的局部高温。同时其更短的停留时间和较弱的掺混,综合导致了该方案出口温度分布不均匀,使HAR以及OTDF增加。     

跨流域高超声速绕流环境Boltzmann模型方程统一算法研究

如何准确可靠地模拟从外层空间高稀薄流到近地面连续流的航天器高超声速绕流环境与复杂流动变化机理是流体物理的前沿基础科学问题. 基于对Boltzmann方程碰撞积分的物理分析与可计算建模, 确立了可描述自由分子流到连续流区各流域不同马赫数复杂流动输运现象统一的Boltzmann模型速度分布函数方程, 发展了适于高、低不同马赫数绕流问题的离散速度坐标法和直接求解分子速度分布函数演化更新的气体动理论数值格式, 建立了模拟复杂飞行器跨流域高超声速飞行热环境绕流问题的气体动理论统一算法. 对稀薄流到连续流不同Knudsen数0.002 ≤Kn_∞ ≤1.618、不同马赫数下可重复使用卫星体再入过程(110–70 km)中高超声速绕流问题进行算法验证分析, 计算结果与典型文献的Monte Carlo直接模拟值及相关理论分析符合得较好. 研究揭示了飞行器跨流域不同高度高超声速复杂流动机理、绕流现象与气动力/热变化规律, 提出了一个通过数值求解介观Boltzmann模型方程, 可靠模拟高稀薄自由分子流到连续流跨流域高超声速气动力/热绕流特性统一算法.     

全玻璃真空太阳能热水器内流场的影响因素分析

本文通过对均匀加热条件下的全玻璃真空管太阳能热水器内流场的计算流体力学模拟,研究了管内的对流换热过程,分析了器内流场的影响因素以及真空管与水箱连接处的流体速度、温度分布,计算与实验结果相一致,结果表明,在真空管与水箱连接处出现随机的涡流,对换热过程不利,特别是对于增加反射板的类似真空管双面受热的热水器情况,应采取措施确保管内对流换热流动的有序性。     

壁面热特性对超声速燃烧室热环境的影响

在分析燃烧室壁面的对流-辐射耦合换热特性基础上,考虑燃烧室热环境与冷却系统间的相互关系,提出了一种以燃烧室材料许用温度为约束的非均匀冷却壁面热特性设计方法.以某型超声速燃烧室为例,采用混合分数平衡化学反应和液滴离散相模型,计算分析了壁面热特性对燃烧室壁面热流构成、热环境及冷却系统热负荷的影响.结果表明,壁面热特性对超声速燃烧室热环境的影响值得重视,非均匀冷却壁面热特性设计能有效减少燃烧室热损失.     

球头高超音速热绕流的研究

本文研究了加热（冷却）对流动的影响。通过计算分析了在不同来流马赫数和加热量下，加热对球头高超音速绕流的影响规律。研究表明，加热对流动有着显著的影响，将使流动出现“热斥冷吸”、表面压力和激波距离增大、加热与冷却影响的非线性、加热使超音速区内马赫数下降趋向于１等现象。     

纳米尺度圆柱绕流现象的分子动力学模拟研究

本文采用分子动力学模拟方法,利用Lennard-Jones(L-J)势能模型,模拟了Re为28时Ar流体流过Pt纳米圆柱的绕流现象.采用小步长时均值作为涡的瞬时值的方法,在纳米尺度、纳秒量级下得到了涡的周期性产生、组合、发展和脱落现象;在大步长时均条件下,得到了稳定的对称涡,表现出了绕流现象在不同时间范围内的不同特征.绕流过程还体现了流体的密度变化,圆柱上游密度大于下游密度、对称的两侧离轴线越远密度越大.结果表明,分子动力学模拟方法可以有效地细节刻画圆柱绕流现象.     

常气压辉光放电等离子体对边界层流动的影响

基于Shyy提出的常气压下均匀辉光放电等离子体与空气干扰的物理模型,通过求解电位势方程得到电场分布及作用于流体上的电场力.以NACA0015翼型低速绕流为对象,通过数值求解考虑等离子体作用的流体运动控制方程,研究等离子体位置和个数控制对翼型绕流分离的影响.位于分离点上游的等离子体能够有效地抑制流动分离,而在分离区的等离子体对流动影响很弱,这一结论同实验观察一致,并给出等离子体对翼型壁面压力和气动力影响的规律.     

无旋性前进重力波传递在均匀流中的Lagrange解析解与试验验证Ⅰ.理论解析解

对于三维空间等深水中,无旋性自由表面周期性规则前进重力波传递在均匀流中的波流场,依质量守恒取一波长的流体质点的运动位移的波长平均高程,所得其标注参数恰为其在原静止水中的位置下,完全以Lagrange方式的参数控制式,解出此波流场至第三阶的全Lagrange形式解且得到检核验证;其中波流交互作用效应存在于Lagrange流速势中,使得波流场中的压力不受均匀流的影响.而Euler形式解所无法描述的流场特性,包括大于前进波周期的流体质点的运动周期,与其受前进波引起的质量传输速度、它们间的关系、及流体质点对其运动周期平均的高程与成因等,都说明是随流体质点所在的高程向下做指数函数样递减;而流体质点的三维空间螺旋曲线式的运动轨迹与烟线,其随均匀流的流向流速而变化的情况,例如其在均匀流于前进波波向有同向的流速分量时,是受流体质点恰在波谷断面处时的流速大小而变的形式,与其在均匀流于前进波波向有反向的流速分量时,则受流体质点恰在波峰断面处时的流速大小而变的形式,有很大不同的倒反形式甚至以封闭曲线形式呈现.最后,说明波流场变成稳定性运动流场时的特性,并证实其在无流时退化成纯前进波的情况.     

超临界压力CO_2水平管内冷却换热机理研究

采用SSTk-ω模型对冷却条件下超临界压力CO_2在水平管内的对流换热进行了数值研究,分析了流体物性、热流密度、直径以及浮升力等对其在拟临界点附近的流动换热特性的影响,并从场协同的角度分析了超临界压力CO_2的传热机理。结果表明:浮力效应使流体在流动截面上出现温度场不对称和二次流现象;下壁面的对流换热系数比上壁面先达到峰值,但换热系数小于上壁面;增大热流密度对换热系数的影响较小但能够使换热系数的峰值向入口段移动;增大热流密度和增大直径能够增强浮力效应对流体换热特性的影响;场协同原理可以解释同一截面处的换热不均匀现象。     

热采井注蒸汽与注多元热流体井筒流动与传热对比分析

针对海上稠油开采出现的问题,国内发展了注多元热流体吞吐热力采油技术。与蒸汽热力采油相比,多元热流体可以显著降低稠油黏度、增加油层压力,提高开采效率。本文基于实际气体状态方程和混合法则建立注多元热流体内部流动与传热模型,并与注蒸汽井筒流动与传热状态进行对比,详细对比两种热采介质在井筒流动与传热情况。通过研究发现:在井筒注入相同温度与相同注入速率的多元热流体与饱和蒸汽,多元热流体井筒压力和温度下降速度更快,到达井底时压力更大,温度更低,与地层和油层的温差更小,井筒热损失更少,但是热量含量低,油层加热范围小。要想达到与蒸汽一样加热效果,可以增加多元热流体注入速率和注入温度。同时由于CO_2和N_2作用,油层温度分布更加均匀,热量更多,油层加热范围更大,注多元热流体开采效果更好。     

热可压缩流体的流动和传热

本文把由温度引起密度变化的运动流体称为热可压流，并由无因次加热数来度量其压缩程度。它有别于气体动力学中以马赫数度量压缩性的由速度（因而压力）变化导致密度变化的可压缩流。列举和讨论了热可压流流动和传热的一些特征现象，它可望用于发展一些新的热控制技术。     

人工沿场不均匀体对短波垂直探测影响的理论分析

从人工沿场不均匀体的产生机制出发,分析其对无线电波的散射特性,基于射线追踪技术,建立了短波垂直探测波经人工沿场不均匀体散射的传播模型,理论分析了不同纬度人工沿场不均匀体对垂直探测波传播路径的影响.结果表明:人工沿场不均匀体所导致的垂直探测电离图人工扩展描迹随地理纬度升高和地磁倾角增大而变短,解释了高纬度地区电离层加热不能有效观测人工扩展描迹的缘由.最后对中低纬度地区存在人工沿场不均匀体时可能产生的人工扩展描迹现象进行了预测评估,并分析了其重要应用方向.     

大尺度环形液池内双层热毛细对流不稳定性

假设双层流体的交界面不发生变形,热毛细力作用于此交界面,三维数值研究了大尺度环形液池中双层流体系统在内外壁面温差加热下的热毛细对流不稳定性,其中外壁面维持高温,内壁面维持低温。计算结果显示,上下层流体的流动特性受Marangoni效应和浮力效应的影响;热毛细对流的振荡产生于内壁面附近,并沿着温度梯度的方向传播;随着温差的增大,热毛细对流的振荡逐渐增强,温度振荡波数增大。     

数值模拟圆柱绕流旋涡运动及尾流不稳定性分析

1引言流体绕过圆柱所产生的非定常旋涡运动以及由此引起的流动不稳定性在理论和实践上都具有重要的意义。数值模拟圆柱绕流旋涡产生及演化过程，探讨圆柱尾流涡街产生的机制，控制尾迹不同速度型以抑制涡街的产生，避免涡激振动在工程上造成破坏作用具有重大实际意义。为使问题简化，本文以二维圆柱绕流作为研究对象。该流动涉及到非定常分离，旋涡的形成、运动及发展，流动不稳定性质改变等许多未完全解决的问题。B。had等山对圆柱突然起动问题作了一系列实验研究。文献门对二维圆柱绕流问题作了系统数值研究。本文采用文献门提出的差分格…     

贴体坐标系下模型加力室的大涡模拟

本文利用贴体网格对带V形槽稳定器模型加力燃烧室素流化学反应流流动进行大涡模拟的研究。采用区域法生成模型加力燃烧室的二维贴体网格,并采用多区域耦合法进行区域之间的数据传递,求解加力室整体流场。采用k方程亚网格尺度模型和亚网格EBU燃烧模型分别估算其亚网格紊流粘性和化学反应速率,用热通量辐射模型估算辐射通量,并用交错网格下SIMPLE算法和混合差分格式求解离散方程,壁面函数处理固壁边界条件。计算结果显示了稳定器后面的回流区气流结构,所得的热态流场模拟结果与实验比较吻合,表明采用贴体网格对模型加力燃烧室进行大涡模拟能真实反映流体流动及燃烧过程。     

光学材料连续波激光热—力破坏效应

着重研究连续波激光对光学窗口材料的热－力破坏，由于激光对光学材料的不均匀加热，造成材料内部产生热应力，而加热的进一步发展，可诱发材料宏观破坏，热－力破坏与激光辐照功率和材料本身热性质有关。文中还研究了玻璃钢化对材料抗激光损伤的影响。