二次燃烧对底排装置尾部流场影响的数值模拟

为研究二次燃烧对底排尾部流场的影响,建立了底排装置尾部流场的化学非平衡流数学物理模型。其中二次燃烧模型采用10组分25步反应的H₂-CO燃烧模型,运用统一算法的思路编程求解二维轴对称方程组。数值模拟结果与实验结果较吻合。在此基础上,对尾部流场以及燃烧特性进行了数值预测, 结果表明:二次燃烧所释放的热能远大于排气本身的热能,对增压减阻的贡献可达78%。二次燃烧改变了尾部的温度分布规律,使温度峰值分布在两个回流区内。排气沿着两回流区间的狭缝流入剪切层发生燃烧。一部分混气回流入底部附近,其中氧气不充足,存在大量CO和少量H₂未直接反应。一部分混气沿着剪切层流入下游以及主回流区内,氧含量逐渐增多,H₂和CO被反应殆尽。结果可为进一步研究底排增压减阻提供参考。     

膛口流场一维简化非傅里叶传热模型

针对膛口流场复杂的传热现象提出一个简化的工程计算模型。根据该模型得出:在一定条件下，流场内存在非线性波传热模式，并把运动的膛口焰火球近似看成一个非线性波，所得计算结果与实验数据相符。     

高马赫数燃烧强化的激波风洞试验研究

基于中国科学院力学研究所的JF-24激波风洞, 通过开展高马赫数超燃冲压发动机的直连试验, 研究了高马赫数燃烧的强化方法以及燃料类型对燃烧的影响. 试验段是采用凹腔结构的圆截面燃烧室, 喷孔布置在隔离段, 燃料分别是氢气和乙烯, 当量比均为0.7. 燃料喷注分别采用无支板和小支板两种构型, 后者部分喷孔位于小支板顶部. 两种构型均设置了流向近距双排喷孔, 可分别进行单环和双环喷注. 试验结果论证了飞行马赫数10.0条件下氢气和乙烯在超高速气流中的稳定燃烧性能. 并且, 相比于单环喷注, 双环喷注以及补充小支板可以强化燃烧. 推测其原因是双环射流和激波/分离结构的近距离交互作用很可能改善掺混, 而补充小支板顶部喷注还能利用更多空气组织掺混. 在同样采用双环耦合小支板顶部喷注的强化措施下, 氢气与乙烯燃烧效率接近, 但氢推力性能更优. 这是因为较高热值氢的释热更多. 此外, 试验还证明了在当前来流条件下, 释热受控于掺混, 且高温离解效应限制释热上限. 这是由于释热降低流速且提高静温, 使高温离解的吸热效应更加显著.      

氢氧燃烧及爆轰驱动激波管

分析并观察了沿驱动段轴向分布多火塞燃烧驱动段的性能．提出主膜处同一管截面均匀分布三火花塞引燃的点火方法．用这种点火方法驱动产生的入射激波强度重复性较高,激波后气流速度、温度和压力的定常性亦大大改善,可满足气动试验实际要求．提出在驱动段尾端串接卸爆段来消除爆轰波反射高压,从而可使反向爆轰驱动段用来产生高焓高密度试验气流．这种反向爆轰驱动产生的入射激波重复性高,激波衰减弱．在主膜处的收缩段产生的反射波可缓解爆轰波后跟随的稀疏波的不利影响,从而使前向爆轰驱动具有实用性．在产生的入射激波强度相同条件下,前向爆轰驱动所需的爆轰驱动段可爆混合气初始压力可较反向爆轰低近一个量级．     

激波诱导的燃烧粉尘云边界层的结构

足够强的激波扫过铺有可燃粉尘的界面时，波后形成燃烧的粉尘云边界层。为揭示其内部结构，本文对该现象进行了实验和理论两个方面的研究。理论计算表明燃烧粉云边界层可分为三个区域：诱导区、反应区和扩散区，诱导区的粉尘浓度最高，计算获得的粉尘云轮廓和点火延迟与实验结果基本吻合．     

Blasius边界层的二次稳定性

采用人为中性方法使二维基本流达到有限幅值的平衡态,用小参数展开法求解二次稳定性方程.同时按 Floquet 理论研究了空间模式三维亚谐扰动的二次稳定性及幅值沿流向的演化.数值结果与实验结果一致.     

结构动力学方程的二次加速度积分法

本文提出了结构动力学方程求解的一类二次加速度逐步积分法，推导了计算公式，分析了积分稳定性和精度，通过理论分析和具体算例表明，这种方法具有相当高的积分精度，但积分是条件稳定的。     

再生喷射燃烧过程中点火特性的实验研究

建立了再生喷射燃烧过程的多功能实验装置和瞬态参数测量系统。针对点火器参数对点火特性的影响规律进行了大量的实验研究,导出了点火器参数与点火特性之间的实用定量关系曲线。在此基础上,进行了相应的再生喷射燃烧过程实验,取得了较好地实验结果。研究表明：通过控制点火器参数以获得与再生喷射燃烧过程的匹配要求相适应的点火特性,对获得性能良好的燃烧过程具有重要意义。     

非线性方程组的二次规划解法和应用

给出了非线性方程组的二次规划解法和应用 ,几个算例表明按拟牛顿法出现病态而不收敛 ,采用本法收敛极快。     

细长弹性杆在轴压下的二次分叉

基于[1]的弹性曲杆的平衡方程,本文研究了矩形横截面细长杆在轴压下的后屈曲行为。设横截面的边长比为 1:2δ,使用 Poincare-Keller 的打靶法并引进坐标的伸缩变换,研究了δ在 δ_0=1 附近的情形。当δ≠1 时,发现了杆平衡态的二次分叉。我们也给出了原始后屈曲解支及二次分支的渐近表示并分析了各个解支的稳定性。     

可燃颗粒悬浮流中的正激波

本文讨论了激波后可燃颗粒点火、燃烧的机制和波后流场的松弛结构,结果表明,点火阶段颗粒外层浓度梯度极大,燃烧速率由非均相化学反应速率决定,而在燃烧阶段,外层的浓度梯度极大,燃烧速率由气体的扩散速率所决定。在考虑管壁效应时,对守恒方程中的能量耗散项作了说明。     

化爆冲击波和炮口冲击波对生物致伤效应的对比研究

通过TNT化爆和火炮现场试验,探讨了化爆冲击波和炮口冲击波的异同点,结果发现两者的频谱大致相似。但化爆冲击波只有一次激波,而炮口冲击波有两次激波,有时甚至可见到三次激波。生物效应致伤的靶器官也有所不同,化爆冲击波以肺损伤较为多见,而炮口冲击波似乎以上呼吸道更为敏感,结果提示化爆可以模拟炮口冲击波,但又不完全等同于炮口冲击波,必要的火炮现场试验是必不可少的。     

膛口流场的数值模拟

本文使用严格二维的FCT算法数值模拟美国M16 5.36毫米自动步枪的非定常的轴对称膛口流场。用此方法不仅可得到膛口冲击波的发展过程,而且可得到不少数值方法不易得到的马赫盘的发展过程。本文计算结果与Schmidt的实验结果作了比较,二者吻合较好。这一结果为进一步开展更复杂(考虑弹丸、膛口制退器等)的膛口流场的数值模拟奠定了基础。     

环形截面螺旋管道内二次流动特性的研究

从曲线柱坐标系下的N-S方程出发,以曲率和挠率为小参数,采用摄动法求解了环形截面螺旋管道内的黏性流动,给出了完全二阶摄动解,结果表明：当挠率为零时,二次流表现为上下对称的四个涡;当挠率不为零,涡的对称性遭到破坏,二次涡的强度和个数受De数和环形截面内外径之比δ的影响,轴向速度最大值在De数较小时靠近管道的内侧,随着De数的增加,其最大值向外侧移动。     

两相正激波松弛流的数值研究

对气、固两相正激波松弛流动进行了数值研究,方程中考虑了压力梯度及非匀速运动引起的附加质量力。给出了完整的计算方法,对三种不同固相容积比、不同固相颗粒直径和不同马赫数分别进行了数值计算,所得计算结果给出了气、固两相的速度、温度、压力、密度、固相容积比及熵值沿流向分布情况。文章对气、固两相参数在松弛区中的变化规律进行了讨论。     

回流效应下电磁轨道炮膛口电弧运动的数值分析

在电磁轨道炮发射过程中,膛口外的高温气团以远高于声速的运动速度向内膛运动,这会使得膛口的电弧形态发生改变以及电弧位移。为了实现膛口电弧运动过程的数值计算,本文基于磁流体理论,引入了一种和电弧等离子体自身电导率密切相关的电位边界条件处理方法,建立了膛口位置电弧仿真模型。对回流效应下的电弧运动规律进行了分析,并且研究了运动过程中电弧对内膛流场的温度分布产生的影响。结果表明电弧的运动加剧了膛内温升。     

NUMERICAL ANALYSIS OF ARC MOTION IN RAILGUN MUZZLE UNDER THE EFFECT OF BACKFLOW

在电磁轨道炮发射过程中,膛口外的高温气团以远高于声速的运动速度向内膛运动,这会使得膛口的电弧形态发生改变以及电弧位移。为了实现膛口电弧运动过程的数值计算,本文基于磁流体理论,引入了一种和电弧等离子体自身电导率密切相关的电位边界条件处理方法,建立了膛口位置电弧仿真模型。对回流效应下的电弧运动规律进行了分析,并且研究了运动过程中电弧对内膛流场的温度分布产生的影响。结果表明电弧的运动加剧了膛内温升。     

含内插管扩张型抑制装置的膛口流场数值研究

采用ＴＶＤ格式求解Ｎ－Ｓ方程，数值模拟了含内插管扩张型抑制装置的膛口流场，展示了由膛口冲击波包围着的特征多变的射流结构的演变过程，模拟结果与实验照片相符。分析了膛口冲击波与射流结构的相互作用，揭示了锥状冲击波和锥状燃气团的形成机理。     

电磁力诱导二次流对微流体混合效果影响的研究

设计了一种微流道中液体混合的方法, 基于电磁力的作用, 诱导微流道中二次流动 发生, 从而产生Dean涡, 使流道中流体出现往复运动及流体界面的弯曲延伸, 使不 同流体的接触面积大大地增加, 从而提高混合效率. 对3种结构的工况进行了比较. 建立了微流道混合系统的理论模型并进行了数值模拟,对流体混合过程进行了分析并对混合效率进行了评价. 进行了验证性的试验研究, 对模拟结果与试验结果进行了比较, 结果相吻合.