化学激光器用文氏咀的临界背压比

 建立了一套文氏咀临界背压比的测量系统,分别以氮气、氩气和氧气为工作介质,对两种加工工艺、不同规格文氏咀的临界背压比进行了测量,得到了各文氏咀对应不同工作介质的临界背压比,讨论了实验系统中第一个文氏咀的作用和温度对测量结果的影响。实验结果表明:设计合理、工艺合适的Laval喷管,临界背压比明显高于临界压力比,而且,比热容比越小,表面粗糙度等级越高,喉道直径越大,对应的临界背压比越大。     

来流Mach数连续变化下的激波串运动特性

为了研究入射激波变化的隔离段内激波串的运动特性,设计并搭建了直连式变Mach数实验系统,捕捉了相同来流Mach数变化速率、不同背压变化速率下激波串的运动行为,揭示了入射激波与背压同时变化对激波串运动的影响机理。入射激波与背压同时变化时,共有3个方面的因素会影响激波串整体的上下游运动趋势,其一,Mach数变化,Mach数增大导致激波串向下游运动,该影响随Mach数增大逐渐减弱;其二,背景波系移动,背景激波反射点靠近激波串前缘时,可能引起激波串的突跳;其三,背压压比变化,背压压比增大时激波串向上游运动,该影响随背压压比增大逐渐增强。三方面因素共同作用下激波串表现出复杂的运动。     

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。     

Laval喷管内激波位置的计算及制冷性能分析

明确激波在Laval喷管内的发生位置,能够为设计及优化Laval喷管线型提供理论依据,从而提高Laval喷管的制冷性能和整个天然气超音速分离器的分离效率。文中对Laval喷管进行了结构设计,对不同背压条件下Laval喷管内激波位置进行了理论分析与计算,并利用FLUENT软件进行了数值模拟,通过研究不同背压条件下Laval喷管内气体马赫数、压力和温度分布,对喷管制冷性能进行了对比分析。结果表明:保持Laval喷管入口压力不变,随出口背压增大,激波位置逐渐从喷管出口向喷管入口方向移动,气体受到激波的影响,在喷管所能达到的最大马赫数不断降低,所能产生的最低温度不断上升,喷管的制冷性能越差;理论计算与数值模拟结果基本一致,数值模拟验证了理论计算的正确性。     

长微直管内气体低速流动的亚堵塞现象

长微直管道内多流态并存的流动特性研究不仅有理论意义，而且在太空飞行器的控制系统中有着重要的应用价值.采用实验研究和理论模型近似分析相结合的方法研究了长微直管道内的气体流动特性.实验中，以空气为工作介质，进口压力分别设定为130，250，320kPa，出口压力变化范围为9—100?kPa.沿程分布有五个测压点，进出口设有温度传感器，测量出口流量的同时可以得到沿程压力分布.近似理论模型采用二维平板近似模型.研究发现，在保持进口压力不变、不断降低出口压力的条件下，当进出口压比低于5.3左右时，质量流量随压比增加 关键词： 长微直管道 亚堵塞 表面积与体积比 多流态并存 临界压比     

二次喉道扩压器对COIL出光性能的影响

在氧碘化学激光器（cOIL）中，为使激光器气体顺利进入大气，激光器光腔后需要接扩压器对其进行增压，增压后的气体通过引射器或泵抽吸顺利排出。从流动机理看，超音速扩压段的主要功能是降低排气流速，增加排气静压。在扩压器中，超音速气流会通过一系列的激波恢复转变为亚音速。这一段激波恢复区称为伪激波区，伪激波区会随着扩压器背压的改变而前后移动。在背压较高时，激波区会向光腔方向移动，从而导致光腔中的气流产生扰动，影响激光器的正常输出。     

可压缩流计算的九分笛卡尔网格技术

简要介绍了一种新的二维网格技术——九分笛卡尔网格技术.与传统方法将一个网格等分为4个不一样,该方法将一个网格单元等分为9个.同时考虑各向同性和各向异性加密,能够对激波和壁面附近进行快速加密,并且有效节省了网格点数目.用此方法计算了单个翼型、多个翼型及直管道下壁面带凸包的无粘带激波的流动.     

变截面微管道内声速点位置及临界压比

等直-收缩-扩张-等直（SCDS）变截面微管道主要应用于微型空间推进器和微型气体涡轮机等微器件中，研究其内流动特性对指导上述两种微器件的设计和性能的提高具有非常重要的意义.采用硅微加工技术在硅片上制作出矩形截面三维SCDS微管道，喉部宽度为16μm，深度为20μm，收缩比为1.625∶1实验测量了不同进出口压比条件下微管道内氮气的流量特性.实验设定进出口压比值范围为1.0—4.0，由此出口体积流量范围为0—0.12mL/s，流动的特征雷诺数小于350在实验研究的基础上，采用有限体积法对其内部流动特性进行了数值模拟，数值模拟结果与实验结果相符合.数值模拟结果发现两点不同于常规流动的特异现象：其一为最早出现声速点不在最小截面喉部附近，而是移到出口截面附近，即声速点的位置发生变化；其二为在进出口压比达到4.0时，SCDS微管道内部流场才出现声速点，即临界压比值（这里将管道内部首次出现声速点时对应的当地点压力与进口压力的比值定义为临界压比）发生变化.将其原因归结为表面效应（表面积与体积比值S/V）的影响，并进一步研究了这两点特异现象与S/V值之间的关系. 关键词： 等直-收缩-扩张-等直变截面微管道 声速点位置 临界压比 表面积与体积比值     

二维超-超引射器混合室流场特性

搭建了二维超-超引射器实验系统,进行了二次喉道型式引射器启动特性和负载特性实验,获得了引射器混合室内流场纹影图,结果表明:超声速引射器临界启动状态下,混合室内存在反压引起的激波系;引射器完全启动状态下,主激波系可始于混合室后段,无需被完全吞入二次喉道内;二次流对引射器启动有助推效果,可使混合室内激波系后移;一次流对二次流有压缩作用,且一次流工作压力越高,压缩作用越强;一次流、二次流之间会形成明显的混合层,当一次流、二次流静压不匹配时,一次流喷管出口内端壁处将形成较强斜激波,其在固壁与混合层之间反射、交叉,并向下游延伸,会降低一次流引射性能。     

适用于跨音压气机的超音叶型设计

为降低跨音压气机叶尖损失,开展超音叶栅流动机理及叶型设计研究。首先考虑栅前激波损失,并引入极限特征线上的等熵马赫数和总压恢复系数,得到更准确的唯一进气角计算方法;然后将此计算方法用于超音叶型设计,给出叶型前段形状;最后结合经验和理论分析,完成叶型后段设计。研究结果表明:此设计实现三道斜激波加一道正激波组合增压;在设计点,静压比为2.27,总压比为1.99,总压损失系数为0.091(对应效率0.902);在近失速点时,正激波移至喉道处,叶栅总压损失系数最小;正激波移至叶栅出口时,正激波最强,总压损失系数最大。     

Experimental Research on Wet Steam Flow With Shock Wave

The article presents research on a wet steam transonic flow in a Laval half-nozzle with a shock wave. The motivation for this research was to investigate the shock wave/liquid phase interaction in the transonic wet steam flow. This phenomenon is responsible for the lack of good correspondence between experimental data and computational fluid dynamics results. For the tests, the geometry of the half-arc nozzle was used. The shock wave formation at the divergent section of the nozzle is caused by too high back-pressure. The observed instabilities in the flow are mainly initiated by the shock wave/liquid film (boundary layer) interaction. The numerical calculations were compared with experimental results with respect to the static pressure distribution along the nozzle.     

油气混输中掺混器的研究与改进

在常用的油气混输工艺中,从油井开采出的油和气经分离处理后重新掺混,再由混输泵加压后通过管道运送或由气泵、液泵分别加压,掺混后运送。为了避免引起混输管道的大幅振动以及对泵造成损坏,混输工艺一般都要求掺混器出口不能出现大规模气态段塞现象。在本文当中,我们对T形管掺混器、文氏管掺混器进行了实验研究,并提出了能对进入掺混器的气体质量流量进行控制的拉伐尔喷管掺混器设计方法。试验结果表明,拉伐尔喷管掺混器可以非常方便地根据需求控制掺混器下游流态。这一特性使得拉伐尔喷管掺混器在石油、化工领域具有非常广泛的应用前景。     

Peculiarities of evolution of shock waves generated by boiling coolant

Simulation of compression wave generation and evolution at the disk target was performed for the case of explosive-type boiling of coolant; the boiling is initiated by endwall rupture of a high-pressure pipeline. The calculations were performed for shock wave amplitude at different times and modes of pipe rupture. The simulated pressure of a target-reflected shock wave is different from the theoretical value for ideal gas; this discrepancy between simulation and theory becomes lower at higher distances of flow from the nozzle exit. Comparative simulation study was performed for flow of two-phase coolant with account for slip flow effect and for different sizes of droplets. Simulation gave the limiting droplet size when the single-velocity homogeneous flow model is valid, i.e., the slip flow effect is insignificant.     

喉部面积比对喷射器性能的影响分析

利用真实气体的二维轴对称,模型对喷射式空调系统的喷射器进行CFD计算,为了研究喷射器的喉部面积比对喷射器性能的影响.在计算工况条件下,存在一最优的喉部面积比AR*(5.76),使得此时的喷射系数和系统COP最大.当AR AR*时,喷射器出现倒流现象,而且随着A...     

Resilient reaction of a pipeline to an internal impact pressure

The theory of dynamic stability of a the pipeline is developed on the basis of the linear bending equation, an assumption that the cross section is normal to the deformed axis of the pipe, the incompressibility of the transported fluid, and the instant establishment of impact pressure along its entire length. The calculation scheme is as follows: a pipe connecting two volumes and a pipe with one closed end and with a piston acting at a fluid at the other end. The relations between the input parameters for determining the dynamic reaction and the stress?strained state of the pipeline under the action of the internal shock wave are presented.     

矩形喷口欠膨胀超声速射流对撞的实验研究

在不同喷口间距和射流压力下开展了矩形喷口欠膨胀超声速射流对撞实验并与自由射流进行了对比. 实验表明:超声速射流对撞的辐射噪声中存在四种不同的啸音模式, 且随喷口距离和射流压力的变化在不同模式间切换. 在射流压力大于0.5 MPa且喷口间距小于50 mm时, 射流对撞面在两个喷口外形成两道正激波之间, 啸音基频维持在3 kHz左右. 随喷口间距的增大或射流压力的降低, 射流对撞面在一侧喷口外的弓形激波与另一侧喷口外的正激波之间. 对撞面也有可能出现在两个弓形激波之间, 对应的啸音基频约为9 kHz, 但容易受扰动而回到喷口一侧或是在喷口之间大幅度振荡. 当射流压力小于0.36 MPa且喷口间距大于70 mm后, 对撞面在两个喷口之间大幅度振荡, 产生基频在1 kHz左右并随射流压力的降低和喷口间距的增大而降低的啸音. 关键词： 超声速射流 啸音 射流对撞 激波     

Characteristics of a magnetogasdynamic diffuser under different modes of electric current switching

This paper elaborates upon a previous investigation into the influence of external electric and magnetic fields on a flow through a supersonic diffuser. The aim of the present study is to correlate a change in the configuration of a shock wave emerging near the diffuser inlet at magnetohydrodynamic interaction with the amount of force and energy actions and with total pressure losses. For this purpose, the main parameters of the shock wave structure and the total pressure are measured at the diffuser outlet when the flow is subjected to magnetic and electric fields of various strengths at different routes of current passage. In the experiments, a shock tube with a supersonic nozzle is employed. The shock tube forms a flow behind the shock wave reflecting from the end of the tube, which terminates in the nozzle. The diffuser is located directly downstream of the nozzle. The investigation is carried out in xenon. The flow is subjected to external fields at the inlet of the diffuser. The shock wave structure is visualized by frame sweeping of Schlieren patterns of the flow. The total pressure is measured with a piezoelectric transducer located at the end of the channel. The results obtained make it possible to optimize the action on the flow in terms of power consumption and total pressure losses for a given design of the diffuser.     

围压条件下空化磨料射流的冲蚀特性与机制分析

 磨料射流在水利水电、石油工程和海洋资源开发等领域有着广泛的应用,研究射流的冲蚀特性和破坏物料机制对提高水射流利用效率具有重要意义。利用自行研制的实验装置,研究了围压条件下自振空化、文丘里和锥形3种喷嘴形成的磨料射流冲蚀特性,分析了空化磨料射流冲蚀物料的机制。结果表明：自振空化喷嘴和文丘里喷嘴的冲蚀效果优于锥形喷嘴,空化作用有助于提高磨料射流的冲蚀效果;磨料射流的冲蚀效率随围压的增大而降低,主要原因是围压对纯水射流和空化磨料射流的压力脉动和冲击力具有抑制作用。分析认为,空化磨料射流冲蚀破碎物料的机制主要包括冲蚀、气蚀和共混磨蚀3 种作用。     

Atomistic investigation of phase transition in solid argon induced by shock wave transmission

A molecular dynamics (MD) simulation is employed to study the phase transition process in argon induced by shock wave transmission. Deriving the relation between the shock and piston velocities, the theoretical equation of state for argon is presented. Also, argon equation of state is obtained by measuring the quantities directly from simulations to be able to detect the phase transitions. The phase transition is also detected by using argon phase diagram and free energy calculations. A comparison shows good agreement between the theoretical and MD results for the phase transitions. Based on these simulations, it is concluded that under a shock wave transmission with suitable energy, the solid argon experiences a phase transition from solid to liquid and another from liquid to supercritical fluid. By reflecting the shock wave back at the end of its passage, the whole argon may reach the supercritical state.     

主喷管叶片中热壁面对分流管道流场特性的影响

 连续波化学激光器运转时,位于主喷管叶片内的副气流的分流管道壁面将被主喷管叶片加热而形成热壁面。通过3维的数值模拟,分析了单端、双端不同供气方式下,热壁面对分流管道流场特性的影响。热壁面将使总管气流总温沿着气流的流动方向逐渐升高,由此引起的支管入口总温的升高会降低支管的流量。无论是单端供气,还是双端供气,热壁面引起的管道流量波动幅度都要远大于绝热壁面的情况,最大波动幅度达2.16%。对进入总管的气流预热,适当增加供气总温,或将冷却管道与供气管道分开设计,气流总温变化引起的流量波动将会得到一定地抑制。