等离子体对含硼两相流扩散燃烧特性的影响

为排除来流空气对含硼燃气的掺混效应, 研究等离子体对含硼富燃料推进剂在补燃室二次燃烧过程的影响, 建立了含硼两相流平行进气扩散燃烧物理模型. 利用高速摄影仪拍摄了含硼燃气在补燃室二次燃烧的火焰图像, 分析了该物理模型的扩散燃烧特性和硼颗粒的二次点火距离. 采用硼颗粒的King点火模型、有限速度/涡耗散模型、颗粒轨道模型和RNG k-ε模型以及等离子体模型, 模拟了一定条件下等离子体对含硼两相流扩散燃烧过程的影响. 结果表明, 依据含硼燃气二次燃烧图像得到的硼颗粒二次点火距离, 与数值模拟结果基本一致, 保证了该物理模型和计算方法的可靠性. 含硼两相流经过等离子体区域后, 硼颗粒在运动轨迹上颗粒温度明显增加, 颗粒直径明显减小, B₂O₃的质量分数分布区域明显扩增, 70%的硼颗粒在到达补燃室2/3尺寸前燃烧效率已达到100%, 硼颗粒充分燃烧释放出更多热量导致中心流线区域温度增加近1/2, 可见等离子体可以明显强化含硼两相流的燃烧过程, 提高硼颗粒的燃烧效率.     

压力对燃气热力性质影响的余函数线性修正方法

本文提出了空气与纯燃气作实际气体处理时的简化状态方程,并提出了利用余函数与压力的线性关系来考虑压力对燃气热力性质的影响,目的是为高压比燃气轮机装置的热力计算提供依据,也使低压比装置的热力计算提高精度。     

高压环境下1.58μm波段CO2吸收光谱特性分析

高压气体吸收光谱特性的研究是可调谐半导体激光吸收光谱技术应用于爆轰发动机等高压燃烧环境的重要基础.为了解气体吸收光谱随压力的变化规律特别是在高压下的吸收光谱特性,本文以CO₂为气体介质对其在高压环境下近红外波段1.58μm处的吸收光谱进行了理论分析与试验研究,并给出一种高压气体浓度的计算方法.在1—10.13×10⁵Pa压力环境下,对1.58μm处CO₂吸收光谱进行了数值模拟,搭建了高压环境气体在线测量试验系统,对CO₂在波段1578.1—1579.7 nm的吸收光谱进行了试验测量.利用线性回归拟合将试验所得光谱吸收率与模拟吸收率进行对比,对高压环境下气体浓度进行了计算.结果表明,试验所得吸收光谱与数值模拟结果相吻合,1—10.13×10⁵Pa压力环境下利用线性拟合寻优法计算气体浓度最大误差为5.5%,平均误差2.6%.     

水射流对煤体冲击的有限元与光滑粒子耦合法数值模拟

采用光滑粒子与有限元耦合算法对高压水射流冲击煤体进行了数值模拟,建立了长为5mm、半径为2mm的圆柱形水体以不同速度冲击煤体的计算模型。根据计算结果,分析了煤体在高压水射流冲击下的损伤模式、煤体中的应力波传播形式、煤体在高压水射流作用下的临界破煤压力。     

小型电爆管组件设计

由于小型电爆管组件的主装药RDX（原主装药PETN）固有燃烧速度较慢，在密封腔中不能迅速形成足够的压力，驱动输出端径向扩张产生贴壁密封，造成漏气和烧蚀现象。为此优化了小型电爆管组件结构和匹配接口，设计了二次密封结构，提高了RDX燃烧速度，建立足够高的压力，使小型电爆管组件的管壁径向膨胀，形成可靠的贴壁密封。选用了硼／硝酸钾点火药、RDX炸药，强化了电爆管组件的安全性。     

高温空气低燃气浓度燃烧过程的数值模拟研究

从工程实际出发,本文提出了高温空气低燃气浓度燃烧新技术,即充分利用烟气余热提高助燃空气温度,提高热能利用率;同时通过优化喷口结构,提高燃气射流速度,使燃气射流在同空气射流混合燃烧前卷吸大量炉内烟气,从而降低燃气射流中的可燃物浓度,进而降低氮氧化物的排放。通过数值模拟研究表明,通过燃气射流速度从24.56m/s提高到55.26m/s,可以降低NOx的排放;当围绕燃气喷口的六个圆形空气喷口改为两个矩形喷口时,燃气射流可从两侧卷吸更多的炉内烟气,形成低燃气浓度燃烧,从而大大降低了NOx的排放。     

层板发汗冷却推力室壁温的数值模拟

运用有限差分方法对一台设计工况下的层板发汗冷却推力室的壁温特性进行了数值模拟。计算结果表明：壁温相同情况下,发汗冷却推力室承受的燃气温度可比膜冷却方式提高约１０００℃;燃气温度相同时,发汗冷却推力室的壁温较非发汗冷却降低约５０％;层板室壁温度梯度集中在燃气侧;ｍ１／２越大,层板室壁内部换热效率越高,层板内壁温度越低,内、外壁温差越大。     

旋流气粒两相流动的研究

旋流气粒两相流动广泛存在于燃气轮机燃烧室,旋风分离器和旋风炉,锅炉旋流燃烧器等装置中。用测量和数值模拟更好地了解其流动特性,对优化和放大设计,用以提高燃烧效率和收集效率、降低流动阻力和污染物排放,稳定火焰,都十分重要。对其进行了系统的实验测量和数值模拟研究,包括用相位多普勒仪等测量进行的实验研究,雷诺平均模拟和大涡模拟的数值研究,阐明了两相速度,两相湍流特性和颗粒浓度分布等规律,有助于研制低阻力和高效率低污染燃烧装置。     

燃气发生器空气压力控制策略研究与实现

燃气发生器采用高压空气加燃料燃烧的方式产生持续气流,为了保证发生器的效率和稳定性,燃气发生器对空气压力调节速度和精度要求很高。系统采用压力和位置串级控制方式,并结合模糊PID控制策略,通过优化控制参数,确保了大范围压力调节的动态响应和控制精度,通过试验验证,调压阀位置调节精度优于0.2%,在1.5MPa~5.8Mpa范围内,压力调节时间小于1秒, 压力控制误差小于0.1MPa。     

基于数值模拟的燃机高压盘腔系统流动特性研究

增加燃气初温是提高燃气轮机效率的主要途径。为了确保充分冷却透平叶片与轮盘,在防止燃气入侵盘腔的同时降低冷气量,需要针对盘腔系统内的流动特性展开研究。高压涡轮盘腔系统含有预旋腔等多个腔室,通过转静封严或旋转孔相互连通。尽管国内外学者针对盘腔系统开展了一系列研究,但大部分以单一腔室为研究对象,很少考虑多个腔室,尤其是预旋腔上下游盘腔对预旋腔内流动特性的影响。因此,本文以某船用燃机高压涡轮盘腔系统为研究对象,采用CFD方法,模拟了盘腔系统内部的流量分配,预测了斜接受孔和平衡孔的通流能力,分析了盘腔内的压力、温度、速度场分布和涡系结构,并分析了燃气入侵现象。本文的研究结果可为研究复杂盘腔系统提供参考。     

Dynamic PIV measurement of a high-speed flow issuing from vent-holes of a curtain-type airbag

A curtain-type airbag is a safety device designed to protect passengers from the side collisions of a car. The curtain-type airbag system consists of an inflator, a fill-hose, and a curtain-airbag. The fill-hose is a passageway and distributor of the exploded gases from the inflator to the airbag through vent-holes. Although the design of vent-holes is important for proper deployment of the airbag, it is very difficult to measure the exceedingly high speed flow issuing from the vent-holes by using conventional measurement methods. In this study, we employed a dynamic PIV technique to measure the temporal evolution of instantaneous velocity fields of the flow ejecting from the vent-holes. From the velocity field data measured at a frame rate of 2000 fps, the temporal variation of the volume flux from vent-holes was also evaluated for the diagnosis of airbag performance. The flows ejecting from the vent-holes showed high velocity fluctuations, and the maximum velocity was about 480 m/s. The instantaneous velocity fields in the initial stage showed a swaying motion of a high-speed jet. The accumulated volume flux from the vent-holes was also compared at each vent-hole region.     

电弧加热发动机羽流的非平衡态光谱诊断

电弧加热发动机是一种为航天器提供机动和控制推力的装置。为了研究电弧加热发动机的工作机理,本文讨论了电弧加热发动机羽流的光谱诊断方法并设计了一套光谱诊断系统。在此系统上,以氩气为工作气体,设定氩气流量和电流,在模拟空间环境下对电弧加热发动机羽流进行了光谱诊断。利用采集到的光谱信号,分别用谱线的绝对强度法和波尔兹曼图法得到了羽流温度的径向分布。测量结果表明本文工况下羽流处在热力学非平衡态下。此外,本文还对测量进行了初步的误差分析。     

Quantitative visualization of the three-dimensional flow structures of a sweeping jet

Journal of Visualization - The flow characteristics of a sweeping jet ejecting from a typical feedback channel fluidic oscillator were investigated using time-resolved particle image velocimetry....     

The numerical simulation of two-dimensional aluminized composite solid propellent combustion

A numerical framework is presented which examines, for the first time, the burning of two-dimensional aluminized solid propellants. Aluminized composite propellants present a difficult mathematical and numerical challenge because of complex physics and topological changes that occur at the propellant surface. For example, both mathematical models and appropriate numerical solvers must describe the regressing burning surface, aluminium particle detachment and evolution throughout the gas-phase flow field, surface tension effects, ignition and combustion of aluminium particles, phase change effects, agglomeration of aluminium particles, radiation feedback to the propellant surface, to name a few. All of these effects must be modelled in a consistent manner. A numerical framework for which these effects can be included in a rational fashion is currently being developed. This framework includes the level set method to capture the solid–gas interface as well as particle motion in the gas phase. Some preliminary calculations of the two-dimensional combustion field supported by a disc pack with embedded aluminium particles are presented.     

高频感应等离子体流动模型与微型电推进器流场特性分析

微型射频离子推力器具有结构简单、 工作寿命长、 推力动态范围大、 性能调节响应灵敏等特点,是国际微电推进领域的研究热点之一.射频离子推力器电离室内的感性耦合放电等离子体特性和推力器的性能密切相关.为此,文章建立了低气压、小尺寸微型射频离子推力器电离室内感性耦合等离子体流体模型,开展了电磁场、流场、化学反应浓度场的多物理...     

船舶侧向进气装置一体化数值研究

不同于以往孤立研究船舶进气装置的研究方法,本文采用三维数值模拟方法结合标准κ-ε模型对侧向进气装置内外流场进行了一体化数值研究。获得了侧向进气装置行驶过程中的气动参数分布以及进气室内部气流分布形态,得出气动损失最大位置,并通过定义总压恢复系数计算了船舶在行驶过程中的阻力分布。     

离子推力器放电腔数值模拟

 为更好地理解放电腔内等离子体物理机制,对Kaufman型离子推力器放电腔进行了数值研究,其中初始电子采用粒子模拟的方法处理,二次电子和离子采用漂移-扩散流体近似描述。模拟结果与已有实验测量数据进行对比表明：所采用计算方法适用于放电腔内等离子体流动规律的数值研究;模拟得到的稳态下等离子体分布及变化规律与实验测量数据相吻合;磁场的设计对初始电子起到显著的约束作用,有效地提高了其与工质气体的电离碰撞几率;二次电子的精确描述还需在流体方程中耦合磁场效应。     

Influence of Rayleigh-Taylor Instability on Liquid Propellant Reorientation in a Low-Gravity Environment

A computational simulation is conducted to investigate the influence of Rayleigh-Taylor instability on liquid propellant reorientation flow dynamics for the tank of CZ-3A launch vehicle series fuel tanks in a low-gravity environment. The volume-of-fluid （VOF） method is used to simulate the free surface flow of gas-liquid. The process of the liquid propellant reorientation started from initially flat and curved interfaces are numerically studied. These two different initial conditions of the gas-liquid interface result in two modes of liquid flow. It is found that the Rayleigh Taylor instability can be reduced evidently at the initial gas-liquid interface with a high curve during the process of liquid reorientation in a low-gravity environment.     

固体火箭发动机羽流流速TDLAS测量方法研究

针对现有对固体火箭发动机推进剂燃烧时产生的羽流流速测量方法的不足,提出了将可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）技术应用于羽流流速的测量方法,通过测量燃烧产物中H₂O分子位于1 392 nm处的单根吸收谱线特征,根据多普勒效应建立的光谱频移和分子速度之间的关系来获得气流流速,解决了接触式测量方法会干扰羽流场和传统非接触式测量中示踪粒子不均匀的问题,并且取得了有效试验数据,通过对试验数据进行分析处理,得到了发动机的羽流流速。     

泵站水泵进水池内防涡装置有效性的数值验证

本文提出了一种消除泵站水泵吸水管内旋涡和流动分离的圆锥形防涡装置。为了验证该装置的有效性,建立了泵站水泵进水池和吸水管内三维湍流流场的数学模型,用分区网格构造了泵站水泵进水池和吸水管的贴体计算网格,采用有限体积方法,计算了无圆锥形防涡装置和有圆锥形防涡装置时,水泵进水池和吸水管内三维湍流流场,结果证明该圆锥形防涡装置能有效消除水泵吸水管内旋涡和流动分离。