水蒸气超音速非平衡凝结流动中的激波效应

对水蒸气超音速非平衡凝结流动进行了数值模拟,研究了水蒸气超音速流动过程中的非平衡相变及凝结激波现象,揭示了压缩激波与核化凝结流动之间相互作用的非平衡流动规律.发现了激波的耗散效应对非平衡相变的影响,探讨了激波发生时,波阵面处核化凝结、液滴生长的变化规律.     

水蒸气超声速非平衡流动中凝结激波的形态特征

引入水蒸气非平衡相变的动力学模型,并在水蒸气真实物性的基础上,建立了水蒸气超声速非平衡流动的守恒型数值计算模型,采用对激波捕捉具有高精度和高分辨率的Roe-FDS格式,数值捕捉了水蒸气超声速流动中的非平衡相变与凝结激波。以非平衡相变中液相质量增长率为基准,将非平衡凝结相变引发的凝结激波划分为凝结激波起始发生区、凝结激波交汇区和凝结激波消退区三个区域,分析了凝结激波的形成机理,得到了凝结激波发生及发展的"X"型分布特征,并归纳了凝结激波的分区物理特性和热力学特性。     

水蒸气跨声速流动中非平衡相变与激波的耦合作用

引入水蒸气非平衡相变的动力学模型和水蒸气真实物性模型,建立了水蒸气跨声速非平衡流动的守恒型数值计算模型,采用Roe-FDS计算格式数值捕捉了水蒸气超声速流动中的非平衡相变与激波效应,在此基础上开展了气动激波与凝结激波的耦合计算,分析了气动激波波锋面与凝结激波波锋面相遇时,气动激波与非平衡相变之间的相互作用规律。研究显示,随着背压的不断升高,气动压缩激波不断向喷管喉口位置推移。当气动激波发生在凝结激波的下游位置时,气动激波的耗散效应使得喷管内的液相质量分数逐渐减小而不会对上游的非平衡相变和凝结激波产生影响。当气动激波随背压继续上行与气动激波交汇时,气动激波强烈的耗散效应使得凝结激波特征迅速减弱,非平衡相变逐渐退化到喷管边界区域,而气动激波由于受到凝结激波的强烈干扰,激波强度迅速减弱,显现出明显的斜弱激波特征.当气动激波上行至喷管喉口附近时,X型凝结激波逐渐消退,非平衡相变在喷管主流区消失。     

水蒸气超音速流动中自发凝结现象的数值模拟

本文研究了水蒸气超音速流动过程中的自发凝结现象.在欧拉坐标系下建立了二维可压缩守恒型数值计算模型,引入3系数维里型状态方程对水蒸气超音速凝结流动进行了数值模拟,依据Moore等提供的实验数据对缩放喷管算例进行了数值校验,验证了数值模型的可信度和准确性,在此基础上分析了水蒸气超音速凝结流动的特点和规律,揭示了水蒸气超音速流动过程中的自发凝结、液滴增长,凝结冲波等热力学现象的规律.     

两相流中非平衡相变与平衡相变比定压热容差异的研究

本文以空气-水蒸气-水组成的两相流混合物为例,应用两相流及热物理理论,推导了有相变的两相流系统非平衡过程的比定压热容计算式,并对实际的空气-水蒸气-水两相流动的换热过程进行了数值模拟.计算结果揭示了比定压热容的变化明显受到水颗粒相变过程的影响,颗粒的半径越小,比定压热容变化越大.同时,平衡相变过程比定压热容计算的流体温度要高于非平衡相变过程,两者的差异随着颗粒蒸发过程的进行而逐渐增大,且靠近轴线的差异要比靠近壁面处的差异大,颗粒半径越小,两者的差异越小.     

旋流器位置对超音速分离管内部流场影响的研究

超音速脱水分离是基于气体动力学和传热传质理论提出的-种新型天然气脱水净化分离技术。该技术采用超音速分离管,使多组分的高压天然气膨胀、提速、旋转,降温,其中的水蒸气及可凝组分发生相变成为液相并被分离出来。旋流器是超音速分离管中决定天然气脱水性能的关键部件,其在分离管内的位置会对管内流场产生重要的影响。本文借助CFD软件(FLUENT)模拟分离管内的高速流动,对比四种不同旋流器位置的超音速分离管流动过程中温度、压力和速度的变化,通过分析数值结果可以得出在相同的压损比下采用旋流后置-Ⅰ型超音速分离管可以获得更大的温降。     

超音速涡轮叶栅气动性能实验及分析

利用中国科学院工程热物理研究所和哈尔滨汽轮机厂合建的暂冲式超音速平面叶栅风洞,在详细校核进口流动均匀性、出口流动周期性及叶栅中部流动二元性的基础上,详细测试了三套超音速涡轮叶栅在设计和非设计等三个攻角状态下的气动性能及叶片表面压力分布,为超音速涡轮叶栅的后续研究积累了翔实的实验资料。     

采用非交错网格压力修正法计算不可压及可压亚、跨、超音速流动

采用非交错网格压力修正法计算不可压及可压亚、跨、超音速流动朱斌，蔡睿贤，蒋洪德（中国科学院工程热物理研究所北京１０００８０）关键词：压力修正法，亚、跨、超音速流动一、前言源于计算不可压流动的压力修正方法，由于具有计算时间短及不受马赫数限制的优点，近年...     

非定常膨胀过程中水蒸汽凝结对流场影响的数值分析

采用数值目的对激波管非定常膨胀过程中,汽液相变与流场的相互作用进行了模拟.主要研究了含有水蒸汽的混合气体在激波管中的非平衡凝结过程以及其对流场的作用.结果表明由于水蒸气的凝结释放热量对流场局部进行加热,使流场参数发生扰动而产生凝结激波.经过与凝结激波的相互作用后,流场参数和结构将发生明显的变化.     

喷嘴结构对超音速凝结射流影响的数值研究

本文采用三维稳态的欧拉双流体模型,以自定义函数的形式在Ansys中嵌入基于热平衡的相变模型对超音速蒸汽在过冷水中稳定射流凝结的过程进行了数值模拟,对比模拟结果与实验结果的汽羽形状,发现二者吻合良好。当蒸汽入口压力为300 kPa,过冷水的温度为20℃,喷嘴喉部直径为8 mm,通过改变喷嘴出口直径为8.8、9.6、10.4、11.2以及12.0 mm.研究了喷嘴的压比对于超音速蒸汽射流凝结过程的汽羽形状影响,并且揭示了超音速蒸汽射流汽羽内部的流动过程。     

热解碳化学气相沉积中的多重定态和非平衡相变的研究

讨论在热解碳化学气相沉积过程中出现的多重定态和非平衡相变这一典型的非平衡物理现象的机理和发展趋势.通过理论分析和实验结果的分析发现热解碳化学气相沉积的化学反应是一个典型的非平衡化学反应,其中在沉积过程中出现的生成碳黑的过程是一个典型的非平衡相变.在这一非平衡化学反应中,自由基的反应模型符合Schlogl模型.在这一非平衡化学反应中,有线性区和非线性区,线性区的产物是热解碳,而非线性区是碳黑.在线性区,反应速率方程是唯一的、线性的,而在非线性区,反应速率方程是多重的、非线性的. 关键词： 非平衡化学反应 非平衡相变 化学气相沉积 Schlogl模型 热解碳     

纯铁相变和层裂损伤的数值模拟

基于Hayes多相状态方程、非平衡相变速率模型、非平衡损伤演化模型和含损伤的本构关系,建立了同时考虑相变和损伤的数值模拟方法。利用该方法对纯铁的对称碰撞实验进行了数值模拟,分析了纯铁的相变和层裂损伤的相互作用。结果表明,纯铁材料中发生相变时,等厚样品中才会发生层裂,并且数值计算的样品自由面速度、层裂位置与实验结果吻合。     

非平衡凝固与固态相变中有关形核和长大的竞争研究

非平衡凝固和固态相变作为同热力学和动力学紧密相关的复杂理论体系,在物理冶金和凝聚态物理研究领域占据重要的地位。上述非平衡过程包含形核、生长和碰撞三个微观过程,其发生和发展均由一些竞争过程伴随、辅助甚至驱动。正确理解这些竞争过程决定了能否准确描述整个非平衡过程;材料制备中,其力学和物理/化学性能的提高也归根于这些竞争的发生与发展。因此,很有必要对非平衡凝固和固态相变中的竞争现象进行研究。本综述第一部分从形核/生长类相变角度对非平衡凝固和固态相变进行了概述,并强调了伴随其发生的竞争现象。第二部分立足于经典形核理论,对有关形核热力学、动力学以及形核方式的竞争现象进行了描述。第三部分对凝固中有关热扩散和溶质扩散以及固态相变中有关界面控制和扩散控制的生长方式竞争进行了描述。第四部分对本综述进行了总结性分析和概括,并对本领域的未来发展方向进行了预测。     

非平衡凝结超音速蒸汽喷射器RSM模型壁面函数法比较与分析

在考虑水蒸气真实物性和非平衡凝结的情况下,基于雷诺应力模型(RSM),研究了三种近壁处理法对数值结果的影响。讨论了不同壁面函数法对蒸汽喷射器内复杂流动现象的预测,包括激波和壅塞、边界层分离和涡及非平衡凝结。结果表明,在模拟条件下,标准壁面函数法、非平衡壁面函数法与RSM模型结合均可以较好地预测蒸汽喷射器的临界喷射系数Er~*,相对误差分别为-2.1%和-5.7%,但后者收敛性不如前者。增强壁处理过度预测了流场中的旋涡现象,导致流场能量损失被过高估计,得到低于实验值46%的临界喷射系数。     

汽液两相混合物的加速与激波的热力学分析

本文分析了单相流和两相流通过喷管实现超音速流动的过程,建立数学模型并求解了两相流动在流道内加速至超音速的过程和超音速两相流动产生激波前后的热力学参数,得出了两相流动激波前后在不同升压比下参数的变化,两相流动激波前后的最高升压比与波前马赫数的关系式,分析了激波前后的熵产和 损。     

超音速喷嘴叶栅造型设计及数值分析

分析了超音速喷嘴内部的流动机理并研究了超音速喷嘴的设计方法,对某液体火箭发动机用氢涡轮超音速喷嘴叶栅进行了改型设计。设计采用尖边喉部和光滑过渡喉部两种方法,其中光滑过渡喉部喷嘴型线设计采用具有局部修改能力的三次非均匀B样条曲线。对超音速喷嘴叶栅复杂内流的全三维数值模拟结果表明:改型叶栅流动性能明显改善,效率提高,光滑过渡喉部喷嘴性能优于尖边喉部喷嘴。     

非平衡凝结流线曲率法通流程序开发及应用

在湿蒸汽汽轮机设计中评估湿蒸汽偏离热力学平衡态的程度及其对透平级几何、气动参数设计的影响具有重要意义。本文发展了湿蒸汽非平衡凝结流动的流线曲率法通流设计程序,对某300 MW汽轮机低压缸六级透平内的流动进行了分析,并与平衡凝结流动流线曲率法程序的计算结果进行了对比。结果表明:与平衡凝结流动相比,非平衡凝结流动中叶栅后的压力、出口汽流角、湿度以及级的反动度和效率发生了明显变化,非平衡凝结流动的效率降低2 08%,功率降低1.05 MW。本文发展的非平衡凝结流动流线曲率法通流设计程序为我国大功率火电汽轮机低压缸和核电汽轮机的通流设计提供了工具。     

多孔介质内轴对称流动与相变传热过程的双倒易边界元数值模拟

本文将轴对称双倒易边界元方法拓展应用于数值模拟多孔介质内轴对称的流动与相变传热过程,得到了其内非稳态温度场、压力场和速度场,及相变界面时间推进图象。     

天然气超音速分离器中凝结流动过程数值模拟的研究进展

超音速分离技术因其诸多优点在天然气脱水脱烃方面应用广泛,并在液化领域逐步得到试验他应用。文中介绍了国内外超音速分离过程的数值模拟研究现状,对天然气超音速分离器中的凝结过程和流动过程的现有模型及数值方法及适用性进行了比较和分析,给出了天然气超音速分离、液化过程研究中凝结流动模型选取的建议,并对数值模拟结果进行了分析和总结。     

表面催化反应模型中关联噪声诱导非平衡相变

建立含有关联噪声的双分子-单分子(DM)表面催化反应延迟反馈模型,该模型能同时显示一级和二级非平衡动力学相变,即在一级和二级非平衡动力学相变之间的反应窗口展现.讨论双分子在DM延迟反馈模型中两种吸附机制,即局域和随机吸附模型.研究结果表明:1)外部噪声及两噪声关联性致使反应窗口的宽度收缩;2)内部噪声对非平衡动力学相变行为的影响依赖两噪声关联性,即当两噪声负关联,内部噪声致使反应窗口的宽度变宽;而当两噪声正关联时,内部噪声致使反应窗口的宽度收缩;3)关联噪声致使反应窗口变化对DM模型中一级和二级非平衡动力学相变研究具有重要的科学意义.