液体燃料爆炸抛撒近场阶段的数值研究

对液体燃料爆炸抛撒的复杂过程进行简化,建立了近场一维轴对称气相流动的数学模型,给出了变质量运动边界的处理方法,并进行了数值模拟,计算所得r-t曲线与试验曲线有较好的一致性.数值模拟预测了在不同比药量条件下,燃料抛撒近场阶段内重要参量变化与分布情况.     

线弹性幂强化材料平面杆系弹塑性分析的数值解

各杆任意铰接在一个刚体上的平面杆系是一种比较复杂的杆系结构,某些其它类型的平面杆系常常可以看作是它的特例。本文将材料的本构关系描述为线性幂强化形式,推导出了该类平面杆系结构弹塑性分析的普遍表达式,编制了通用程序,使这一类问题有了一个通用的解题方法。     

混沌振动压实动力学的仿真研究—（I）混沌识别

本文提出了四自由度混沌振动压路机“机架－振动轮－土”系统的力学模型;建立了其数学模型;对数学模型进行了数值仿真;根据振动轮的运动,利用混沌识别的定性方法（相轨图、功率谱图和Ｐｏｉｎｃａｒｅ图）与定量方法（最大Ｌｙａｐｕｎｏｖ指数）,对系统的混沌特征进行了识别。结果表明：系统的运动是混沌的。     

非线性碟簧动力吸振器的宽带数值优化设计及其应用

提出了非线性碟簧动力吸振器的宽带数值优化设计,推广了前人在非线性动力吸振器领域的研究．首先提出了计算耦合非线性动力吸振器的主系统的稳态响应的平均法,然后采用数值优化法详细的研究了非线性动力吸振器的宽带优化设计,系统讨论了质量比、主系统阻尼比、吸振器阻尼比、系统频率比、激励频率比、位移比、吸振器刚度非线性系数和吸振器阻尼非线性系数与抑振带宽的关系;最后考虑了非线性动力吸振器的应用实例,指出非线性动力吸振器可以显著拓宽抑振频带．     

极端条件两相界面流与反应流机理、模型与算法研究进展

清华大学喷雾燃烧与推进实验室长期专注于极高速、强可压和高瞬变等极端条件下的两相流和反应流前沿科学问题,并致力于应用基础研究成果解决航空航天动力与推进系统的关键技术难题。综述了实验室近些年在极端条件下两相流动和含化学反应流动物理机理、数理模型与数值算法等方面的研究进展。首先,介绍了实验室发展的耦合高瞬变相变过程的强可压缩气液两相界面流的数理模型和高精度数值方法,以及针对激波受气液（曲）界面约束情况下,描述非定常激波透射/反射（如波角、波强等物理量关系）的激波动力学分析方法。其次,基于上述模型、算法与分析方法,实验室研究了激波液滴相互作用、高速液滴撞击壁面等一系列问题,解析了上述高瞬变过程中复杂波系与界面的时空演化过程。以被激波或壁面冲击的液滴内流体空化初生为例,揭示了曲界面汇聚膨胀波诱导流体空化的机理,推导了预测空化初生位置的理论公式。最后,介绍了面向发动机燃烧室内的强可压缩两相喷雾反应流动,实验室开发了基于Euler-Lagrange框架的高性能数值仿真软件TURFsim,并成功用于真实复杂几何结构的航空发动机燃烧室和超声速燃烧室的数值模拟。以典型的超声速混合层流动数值模拟为例,总结了斜激波增强混合层混合特性的规律及其物理机理,获得了极限条件火核生成及火焰的传播模式与机理,详细分析了液雾弥散与蒸发、小激波和局部爆震波的时空演化特性,提出使用"第三Damk?hler数Da_Ⅲ"定量表征燃烧模式,应用该无量纲参数成功进行了局部准等容燃烧过程的辨识与演化分析。上述研究结果对于航空航天发动机燃烧室复杂物理过程的理解及工程设计具有重要价值。      

FD-21风洞Ma=10高超声速推进试验技术探索

针对Mach数8以上（Ma>8）冲压发动机地面试验能力不足问题,基于FD-21高能脉冲风洞,开展了吸气式推进试验技术探索,提升了FD-21风洞的重活塞驱动能力,获得了总压18.66 MPa、总温3 950 K、Ma=9.62、静压436.6 Pa、速度3 km/s的高焓大动压模拟流场,同时发展了高时间分辨率吸收光谱测量技术和基于重模型自由飞原理的发动机推阻测量方法.在此基础上,设计了弯曲激波压缩二元发动机,构建了燃料在线供应与喷注控制、模型悬挂与瞬态释放及相关测量一体的试验系统,在所建立的Ma=9.62风洞模拟环境中进行了集成验证试验,定量测得了有/无氢气射流与空气/氮气超声速气流作用下二元发动机的壁面压力、吸收光谱峰值吸收率、轴向力等数据,并利用纹影观测到了进气道唇口与燃烧室部位的波系特征.多次试验所得的壁面压力、峰值吸收率、轴向力随时间变化曲线均存在2 ms以上的平台,表明二元发动机建立了准定常流动.冷热态及氮气对照组对应的壁面压力分布、峰值吸收率、轴向力等数据呈现出了明显不同,且二者规律近似一致,一方面说明所建立的模拟流场、燃烧诊断技术、发动机推阻测量技术是有效的,另一方面也表明二元发动机实现了点火燃烧、获得有效热功转换,为后续相关研究奠定了良好的基础.      

二维双流不稳定性静电粒子模拟

为研究双温电子等离子体中束流不稳定性的演化过程,用二维粒子模拟(PIC)代码对双温电子束流不稳定性进行了模拟,其中泊松方程用松弛迭代法求解,代码满足电荷守恒、动量守恒和能量守恒条件。在电子双流不稳定性的非线性演化过程中,得到相空间的空洞结构,实空间也相应出现了电子空洞。给出了不稳定性增长率以及相应色散关系。     

660 MW超临界W火焰锅炉低负荷稳燃特性研究

“碳中和”、“碳达峰”的提出预示着未来煤电机组将在更低的负荷运行,用于燃烧无烟煤、贫煤等低挥发份煤种的W火焰锅炉低负荷运行时会出现燃烧稳定性问题。以某660 MW超临界W型火焰锅炉为对象开展了针对低负荷稳燃特性的研究,进行了100%、60%、55%、45%THA工况的试验研究与数值模拟解析,35%THA工况理论预报。结果表明由于炉膛温度降低、煤粉变细、煤粉浓度降低的综合影响,负荷对煤粉颗粒的着火距离影响不大;低负荷工况下投运两侧燃烧器、减少乏气风的射入量有利于提高燃烧稳定性;通过数值模拟可知35%THA工况无法保持炉内高温火焰稳定燃烧,模拟预报锅炉会熄火。     

泡沫金属复合相变材料的凝固及接触间距影响

相变材料(phase change material,PCM)具有解决能源利用时空不匹配问题的潜力,将PCM与泡沫金属进行复合是强化其传热性能的有效措施之一。本文针对一类泡沫金属复合PCM的凝固过程进行了三维数值模拟研究,分析了泡沫金属与恒壁温面不同接触间距对复合PCM凝固过程的影响规律。研究发现,复合PCM由于其泡沫金属框架导热系数较高,且增大了PCM的传热面积,可提高复合PCM的传热性能,并使复合PCM内部温度分布更为均匀;在其凝固过程的中后期,局部范围内泡沫金属与PCM传热现象显著。针对本文所研究的复合PCM,泡沫金属与恒壁温面之间的接触间距可影响其传热过程,其凝固速度也随两者间距的增加而减慢,呈非线性变化。同时,在该复合PCM底部凝固的传热过程中,自然对流换热不占主导地位。     

非线性热传导方程MLPG/RBF-FD无网格数值模拟

结合无网格局部彼得洛夫-伽辽金(MLPG)方法和径向基函数有限差分(RBF-FD)无网格方法求解非线性热传导问题。MLPG方法属于弱式无网格方法,具有处理边界条件方便的优点,然而因其要做大量的插值、积分运算而计算效率偏低;RBF-FD无网格方法属于强式无网格方法,直接对微分算子进行数值离散,计算效率高,然而其边界条件的处理较复杂。将二者相结合,在求解域边界附近采用MLPG方法,其它区域采用RBF-FD无网格方法,则能扬长避短。介绍了MLPG方法和RBF-FD无网格方法的基本原理,将该混合方法用来求解非线性热传导方程,数值算例显示了方法的正确性和高效性。