云模式的航空应用探讨

以中尺度数值模式为动力框架与显式方案的云模式耦合，对云场的宏观分布和云中水含量，云粒子谱分布进行模拟，进而探讨其在航空方面的应用。     

超高速撞击产生碎片云相分布数值模拟

空间碎片与航天器的撞击速度通常大于10 km/s,这种速度条件下撞击过程的物理特点是高温、高压和高应变率,同时伴随着熔化、汽化及等离子体等相变问题发生。利用AUTODYN/SPH的二次开发功能,在程序中嵌入Sesame状态方程数据库和铝材料的相图,数值模拟出撞击速度为5.0和5.6 km/s时的防护屏穿孔直径分别为9.02 mm和9.34 mm,计算结果与实验结果符合较好,说明物理建模及参数的选取合理,同时也验证了数值模拟方法的正确性及有效性。通过计算给出碎片云的热力学量压力和温度分布,结合铝的相图,对超高速撞击产生碎片云的相分布进行了初步计算,给出了碎片云中固、液、气相的分布范围。     

碎片云问题的三维欧拉数值模拟

针对材料超高速碰撞产生碎片云问题进行了多介质弹塑性流体力学欧拉方法数值模拟,介绍了所采用的数学模型、材料模型及相应的计算方法,模拟了铝球超高速碰撞铝板和斜铜柱高速撞击铝板形成碎片云的实验现象。进行了不同碰撞速度下模拟的碎片云形状和实验结果比较,利用经验公式对数值模拟的板靶开孔尺寸进行了分析。数值结果与实验结果、经验公式结果比较,说明多介质弹塑性流体力学欧拉方法能够较好地模拟超高速碰撞产生的碎片云问题,验证了数值方法的有效性。     

超高速撞击产生碎片云相分布数值模拟

空间碎片与航天器的撞击速度通常大于10 km/s,这种速度条件下撞击过程的物理特点是高温、高压和高应变率,同时伴随着熔化、汽化及等离子体等相变问题发生。利用AUTODYN/SPH的二次开发功能,在程序中嵌入Sesame状态方程数据库和铝材料的相图,数值模拟出撞击速度为5.0和5.6 km/s时的防护屏穿孔直径分别为9.02 mm和9.34 mm,计算结果与实验结果符合较好,说明物理建模及参数的选取合理,同时也验证了数值模拟方法的正确性及有效性。通过计算给出碎片云的热力学量压力和温度分布,结合铝的相图,对超高速撞击产生碎片云的相分布进行了初步计算,给出了碎片云中固、液、气相的分布范围。     

空间碎片超高速撞击压力容器碎片云特性数值模拟研究

 针对空间碎片超高速撞击充气压力容器问题,应用非线性动力学分析软件AUTODYN-2D,采用SPH方法对碎片云在高压气体中的运动特性进行了数值模拟研究。在建模过程中,分析比较了材料状态方程对数值模拟结果的影响,并通过与实验结果的比较,选取了适合该问题的状态方程,验证了数值模拟方法的有效性。结果表明：由于容器内压气体的存在,碎片云运动发生减速,并且碎片云的轴向扩展速度相对于碎片云的径向扩展速度减速较慢;高速撞击产生的碎片云与容器内的高压气体发生了强烈的相互作用,碎片云尖端产生的钉状物及高压气体中产生的冲击波是控制容器在撞击后发生进一步破坏的两个重要因素。     

自适应光学系统的模式法数值模拟

建立了利用模式法笃自适应光学系统进行数值模拟的理论模型，编制了计算程序，并与激光大气传输计算程序衔接起来，进行了大量数值模拟计算。首次发现：存在泽尼特多项式展开的最佳项数。大于一定项数的展开式的效果迅速变坏，竖排和斜排经特面式展开有类似的结果。文献中认为可以采用的１５项经特多项式展开的效果不好，最佳项数随着横向风速的增加而减小，在风速较大时最佳项数下的模范地结果稍好于直接斜率控制法的结果。     

TVD格式在燃料蒸气云爆炸场数值模拟中的应用

本文采用了有限差分方法——TVD格式(Total Variation Diminishing,A.Harten,1983)对燃料蒸气云爆炸产生的二维轴对称爆炸场进行了数值模拟。爆炸波超压和运动轨迹的数值计算值与实验结果吻合得相当好。     

磁绝缘线振荡器中模式竞争的物理分析和数值模拟

作为一种紧凑型高功率微波器件,磁绝缘线振荡器在起振过程中容易出现模式竞争现象,如果不能对其进行有效抑制,可能导致器件的最终输出性能下降.由于磁绝缘线振荡器中波束互作用区通常采用同轴盘荷波导作为其慢波结构,因此本文从同轴盘荷波导中几个可能被相对论电子束激发的低阶本征模与电子束之间的色散关系入手,分析了三种类型的模式竞争的特点、产生的可能原因以及削弱方法.基于以上分析,给出了一种高功率紧凑型L波段磁绝缘线振荡器的物理模型,并利用全电磁三维粒子程序对其进行了冷腔和热腔的数值模拟.结果表明,由于结构不完全对称和电子发射可能存在一定的非均匀性,器件运行初期互作用区有竞争模式HEM₁₁模出现,与理论分析一致;起振一小段时间后(10 ns左右),互作用区基模增长加快,高阶模被抑制.进一步优化后器件在基模获得了高效率和高功率微波输出,饱和时输出功率约为8.1 GW,输出效率达到了18%,模式纯度约为97%.本文研究结果可为磁绝缘线振荡器运行过程中出现的竞争模式的识别和输出性能优化提供理论参考和依据.     

弹丸超高速撞击防护屏碎片云数值模拟

 低地球轨道的各类航天器易受到微流星体及空间碎片的超高速撞击。这些撞击损伤航天器飞行的关键系统,进而导致航天器发生灾难性失效。为了保证航天员的安全及航天器的正常运行,微流星体及空间碎片防护结构设计是航天器设计的一个重要问题。采用AUTODYN软件进行了弹丸超高速正撞击及斜撞击防护屏所产生碎片云的SPH法数值模拟,给出了二维及三维模拟结果;研究了防护屏厚度、弹丸形状、撞击速度以及材料模型等对碎片云的影响。模拟结果同高质量实验研究的结果进行了比较,模拟的碎片云形状和碎片云特征点的速度同实验相吻合。验证了数值模拟方法的有效性。     

复杂地形风场绕流数值模拟方法

与一般的工业问题相比,风电场近地面的流动总是充分发展的湍流边界层流动.为了把已广泛应用于工业问题分析的CFD软件包FINE/TURBO和带有壁面函数的k-ε湍流模型用于复杂地形地貌风电场大气流动的数值模拟,本文首先以平板地形为几何模型,探索湍流模型及壁面函数模型中的一些参数对模拟沿流动方向均匀大气边界层的影响.然后采用...     

基于校准k-ε模型的复杂地形流动数值模拟

准确计算风电场的内部流动对风电场的微观选址至关重要。求解雷诺平均NS方程(RANS)的模拟是当前模拟风电场内部流动的主要手段。湍流模型对模拟结果的准确性有很大影响。选取在工程中广泛应用的标准k-ε湍流模型进行研究。首先以平板地形为计算模型,探究入口边界条件、壁面方程、模型可调参数和对模拟流向均匀大气边界层的影响,获得平板地形下最优的模型可调参数设置。然后以三维山丘地形为计算模型,研究入口边界条件和源项对存在分离流动时复杂地形下的绕流模拟的影响。将得到的最优结果同实验结果对比,验证模拟方法的可行性,并给出添加源项的指导方法。     

ECR等离子体源中基本参数的数值模拟

采用混合模型求了ＥＣＲ等离子体的各种物理参量着重了中性气压、微波功率对等离子体参数以及离子能量和方向角分布的影响，并讨论了与之相关的均匀性、方向性等物理问题。     

岩石中爆炸波传播的数值模拟

采用一维球对称流体弹塑性模型模拟了一系列ＴＮＴ填实爆炸引起的周围岩石动力学参量的变化,根据计算结果拟合了岩石中峰值应力、粒子速度、加速度及位移的近似公式,并与一些文献中提供的实测结果进行了比较,说明数值模拟可为爆破工程、安全评估提供参考。     

脉冲管制冷机中惯性管的数值模拟研究

本文利用Fluent软件对惯性管进行数值模拟,计算采用二维层流的数值模型,得到惯性管入口处质量流量与压力波之间的相位及惯性管内部的压力波幅值和质量流量幅值的变化,给出不同频率及惯性管尺寸对惯性管入口处压力波与质量流量之间的相位的影响.通过分析并计算得到脉冲管冷端质量流量,进行设计计算.