水蒸气超音速流动中的非平衡相变特性

建立了二维可压缩守恒型计算模型对水蒸气超音速非平衡流动进行了数值模拟,捕获到超音速流动过程中的非平衡相变及激波现象,探讨了蒸汽饱和度、Wilson点压强、粒径分布、成核率等热力学参数之间的相关性,揭示了水蒸气超音速流动中非平衡相变的凝结特性。     

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。     

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.     

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.     

激波管中非平衡可凝结流的流动分析

理论推导激波管中相变加热的临界加热量,得到一个显式计算临界加热量公式.该式可广泛用于湿蒸汽或纯蒸汽相变加热流动计算.结果表明,考虑相变加热的临界加热量要大于外部加热的临界加热量;热壅塞时会产生一道向上游传播的凝结激波,且凝结激波位置在液相质量分率开始增长点之前.采用AUSM格式数值求解激波管中湿空气的凝结流动,理论预测与数值计算吻合良好.     

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。     

氩蒸气均匀核化与非均匀核化的分子动力学模拟

本文运用分子动力学模拟方法对氩蒸气的均匀核化和非均匀核化进行了研究.模拟氩蒸气的初始温度为30℃,冷却终温为-220℃.对均匀核化成核现象的团簇分析表明,蒸气凝结分为显热和潜热释放两个过程.提出了一个新的力函数模型,实现了非均匀核化过程的模拟.通过比较冷却速率为0.0002 m/s的均匀核化过程和非均匀核化过程,发现均匀核化的凝结核心是随机的,而非均匀核化的凝结核心以外界引入的核化点为核心.     

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.     

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。