欠膨胀氢气射流激波结构数值模拟研究

本文利用数值模拟的方法研究了高压氢气泄漏所产生的欠膨胀氢气射流的激波结构。采用二维轴对称几何模型,分别模拟了不同压力比下,出口直径为1 mm的氢气射流。模拟得到了不同压力比下激波结构的形态和特征尺寸,包括马赫盘的位置、直径和边界层的厚度等。通过计算结果与实验测量的比较表明,当泄漏源压力小于3 MPa时,数值模拟不能够得到实验中观测到的典型激波结构;而当泄漏源压力达到3 MPa及以上时,数值模拟就可以成功地计算欠膨胀射流的激波结构.此外,模拟还得到了沿射流中心线的气流马赫数、压力和温度等一系列气流参数。     

等离子射流近场特性的数值模拟北大核心CSCD

等离子射流点火技术在航空航天、武器工业及民用工业中均有应用。为了探索等离子射流的点火特性,对等离子射流在大气中瞬态膨胀扩展近场特性进行了数值模拟,获得了射流扩展过程中的压力、速度、温度分布以及两相界面演化特性。结果表明:等离子射流扩展过程中,射流近场逐渐形成马赫盘,并伴随射流分叉、聚合现象。正激波上游各参数均不随时间变化,下游参数随时间改变。射流前端面扩展位移计算值与实测值吻合较好。     

等离子射流近场特性的数值模拟

等离子射流点火技术在航空航天、武器工业及民用工业中均有应用。为了探索等离子射流的点火特性,对等离子射流在大气中瞬态膨胀扩展近场特性进行了数值模拟,获得了射流扩展过程中的压力、速度、温度分布以及两相界面演化特性。结果表明:等离子射流扩展过程中,射流近场逐渐形成马赫盘,并伴随射流分叉、聚合现象。正激波上游各参数均不随时间变化,下游参数随时间改变。射流前端面扩展位移计算值与实测值吻合较好。     

管内高压氢气泄漏自燃现象动力学分析

高压氢气泄漏自燃直接威胁到储氢的安全,为了寻求安全的储氢方式,亟需获得高压氢气泄漏自燃的基本规律。以管内高压氢气为研究对象,通过数值模拟的手段研究了不同冲破压力和管径下氢气泄漏自燃的过程;基于详细动力学分析,得到了引起自燃着火的关键反应路径。研究结果表明,冲破压力的大小直接影响着火的难易程度及着火的位置,冲破压力增大,反应路径H-H02-OH得到明显增强,促进着火;随着管径逐渐减小,激波耗散增大,近壁区逐渐不易着火,直至气流前端出现旋涡,在管道中心形成高温区引发着火.相应基元反应的抑制手段和合理的压力释放方案以及管径控制是预防氢气高压泄漏自燃的关键,本文工作将为寻求安全的储氢手段提供理论依据.     

环境温度对高压储氢罐泄漏扩散影响的数值模拟

基于FLUENT软件的物种传输与反应模块建立了高压储氢罐泄漏扩散的模型,提出了研究高压储氢罐泄漏扩散的数值模拟方法.考虑到不同地区和季度温差较大,对不同环境温度下高压储氢罐发生泄漏扩散进行数值模拟.模拟结果表明:随着环境温度的升高,氢气泄漏后扩散的速度逐渐增大,但从数值上看相差较小;在不同环境温度下,泄漏口处射流速度基本相同.     

使用莫尔层析技术诊断3-D气流密度场

应用莫尔条纹方法,设计了一种显示燃气射流冲击场的实验装置,测出了射流冲击场的气流密度分布,分析了在马赫盘左右条纹清晰度差的原因,给出了几个重要结论.     

紫外光诱导纳米颗粒胶体微射流碰撞特性（英文）北大核心CSCD

采用流体力学模拟方法,建立了垂直非淹没射流的计算流体动力学模型,研究了在紫外光诱导纳米颗粒胶体射流中用直径D为500μm的微孔光-液耦合喷嘴进行抛光加工的冲击动力学,分析了非淹没射流条件下光-液耦合喷嘴内、外的流场分布情况及其对工件表面的喷射冲击特征,对紫外光诱导纳米颗粒胶体射流冲击动力学过程进行了理论描述。计算结果表明,在1MPa入射压力时,微孔光-液耦合喷嘴口TiO2胶体的喷射速度约为30m/s,其集束匀速喷射距离约为5mm。在此喷射距离时进行垂直喷射,在胶束与工件表面的冲击射流作用区域,其射流静压最大值分布在射流冲击作用中心,但射流动压及射流合成速度在此区域的截面分布呈"W"形状,射流动压及速度最大值出现在胶体射流束的外环直径约2mm处。     

紫外光诱导纳米颗粒胶体微射流碰撞特性（英文）

采用流体力学模拟方法,建立了垂直非淹没射流的计算流体动力学模型,研究了在紫外光诱导纳米颗粒胶体射流中用直径D为500μm的微孔光-液耦合喷嘴进行抛光加工的冲击动力学,分析了非淹没射流条件下光-液耦合喷嘴内、外的流场分布情况及其对工件表面的喷射冲击特征,对紫外光诱导纳米颗粒胶体射流冲击动力学过程进行了理论描述。计算结果表明,在1MPa入射压力时,微孔光-液耦合喷嘴口TiO2胶体的喷射速度约为30m/s,其集束匀速喷射距离约为5mm。在此喷射距离时进行垂直喷射,在胶束与工件表面的冲击射流作用区域,其射流静压最大值分布在射流冲击作用中心,但射流动压及射流合成速度在此区域的截面分布呈"W"形状,射流动压及速度最大值出现在胶体射流束的外环直径约2mm处。     

中心体喷嘴自由水射流的波动与能量分布特性

在15 MPa射流压力条件下,对一中心体喷嘴进行自由水射流实验.用高速数码摄像技术捕捉喷嘴出口附近的瞬态流束界面波动特征;用相位多普勒粒子分析技术(PDPA)测量充分发展的射流场中的平均速度、均方根速度及液滴粒径分布.研究表明,中心体喷嘴射流流束的界面波动明显,远离喷嘴出口,流束界面波动频率降低,但波动幅值增大;射流轴...     

杆式射流侵彻半无限靶的理论分析

 理论分析高速杆式射流侵彻半无限靶过程时,考虑速度梯度对聚能射流的影响,将射流进行分段计算,得到了射流拉伸后实际碰靶时的微元长度和直径变化。采用伯努利方程和静力学方法,通过对射流形状和速度分布作线性近似,理论分析了高速杆式射流侵彻半无限靶的过程,得到了靶体中的侵彻深度和侵彻孔径与射流长度、速度及直径之间的关系。将模拟结果与实验结果进行对比,结果表明理论分析结果与侵彻实验结果符合较好。     

高压氢气输运装置物理爆炸状态场特征及灾害效应研究

 由于输运装置突然失效而引发的高压氢气喷射,能够在流场中造成超压和足以引发爆炸的扩散。运用数值计算方法,建立可用于计算的物理和数学模型对发生泄漏后有、无障碍物两种情况下的外部流场进行分析,可得到外部流场中的气体泄漏压力和浓度的分布等值线图。从计算结果可以得出氢气发生爆炸事故后的危险区域,障碍物对氢气的喷射泄漏以及爆炸所产生的影响,从而可为预防和处理氢气爆炸事故提供参考依据。     

垂直冷弹发射装置装药燃烧数值分析

针对燃气活塞弹射装置,采用加质源项法,通过UDF(用户自定义函数)编译,向高压室注入火药燃气的质量、动量、能量,实现了复杂燃烧化学反应的数值模拟,得到了高压室压力和速度分布及变化规律,分析了压力和速度对弹射装置的影响。计算结果表明,装药燃烧数值模拟与理论计算基本吻合,能够较好地仿真弹射装置高压室燃气流场的特性,为弹射装置进一步优化设计和装药设计提供理论参考。     

微型超高压宝石喷嘴内部的空化与磨损

宝石喷嘴是影响超高压水射流切割系统工作效率的重要部件,而宝石内部的空化直接影响射流的形成,也是宝石磨损的重要原因之一。对400 MPa压力范围内宝石孔内部的空化两相流进行了数值模拟,阐述了射流在宝石内的形成过程,分析了长径比、压力和入口形状对宝石内空化的影响,并在相应压力下对宝石喷嘴的磨损进行了实验研究。结果表明:宝石内部的空化发展程度随着长径比的增大而减弱;在一定的长径比范围内,空化可以发展到喷嘴出口,并最终使射流的初始直径小于喷嘴直径,且在此条件下当压力升高时,射流的初始直径增大;良好的入口形线可以降低空化的发展程度;宝石入口的磨损较出口更显著,空蚀和高压水的冲蚀造成了宝石孔边缘形状的破坏,这种破坏随着压力的升高而加剧,选择合适的长径比是减少冲蚀磨损的有效途径。     

超声速气流中液体横向射流雾化过程数值模拟

为了更加深入了解超燃冲压发动机燃烧室中的燃料雾化机理,对来流Mach数为1.94的超声速气流中液体横向射流的雾化过程进行了数值模拟研究.计算采用Euler-Lagrange方法,液滴二次破碎模型采用K-H/R-T模型.计算结果表明:考虑液滴二次破碎时,采用雾化锥模型获得的射流穿透深度以及液滴速度分布与实验结果符合得很好...     

无导叶对转涡轮三维流场的非定常数值模拟

为了揭示1 1／2(无低压导叶)对转涡轮流场的非定常流动特性,运用全三维粘性流场计算程序对某1 1／2对转涡轮模型级的流场进行了非定常数值模拟。结果表明,非定常计算可以获得比定常计算更为丰富的流场信息;非定常效应具有逐级累积的趋势;高压导叶压力面叶表静压展向分布比吸力面均匀;高低压动叶压力面和吸力面叶表静压的展向分布不均匀;高压动叶的负荷随叶高的增加而增大;高低压动叶出口气流角沿整个叶展均较大地偏离轴向,说明高低压涡轮的功负荷较高,在出功量上达到了设计目标。     

冲击加载下孔洞形成微射流的最大侵彻深度

应用二维弹塑性流体力学欧拉程序MEPH,研究冲击载荷作用下孔洞形成的微射流.主要关注孔洞微射流的形成过程,重点分析冲击压力及孔洞半径等因素对于孔洞微射流最大侵彻深度的影响.分析孔洞塌缩形成射流的空间速度分布特征,并应用非定常射流理论,对不同冲击压力及孔洞半径条件下,微射流的最大侵彻深度进行估算,估算结果与数值模拟结果符合较好.     

直排型DF/HF化学激光器双喷管模型启动特性

 建立了一套直排型DF/HF化学激光器气流通道双喷管小型实验装置,通过选择不同副气流总压（模拟燃烧室气流）进行实验,研究了副气流总压对双喷管实验装置启动特性的影响。实验结果表明：随着副气流总压的增大,装置的启动压力降低,盲腔条件下的启动压力明显高于有副气流时的启动压力。因此,先通入燃烧室气流,再开通引射气流,对直排型连续波DF/HF化学激光器的启动是有利的。采用1维处理方法,建立了从引射气流喷管入口、副气流喷管入口到扩压器出口的理论模型,得到了与实验一致的规律。由于1维理论中采用了一些近似处理,实际启动压力比理论数据高20%～31%。     

射流抛光多相紊流流场的数值模拟

 理论分析了射流抛光的紊动冲击射流特点,构建了射流抛光的垂直冲击射流模型和斜冲击射流模型。根据射流抛光冲击射流的特点,比较各种流体模型后,采用RNG k-e 模型应用于射流抛光模型的计算。利用计算流体力学理论的二阶迎风格式对抛光模型方程离散,用SIMPLEC数值计算方法对射流抛光过程的紊动冲击射流和离散相磨粒分布进行数值模拟,得到了射流抛光过程的连续流场和离散相磨粒与水溶液的耦合流场,同时计算出了抛光液射流在工件壁面上的压力、速度、紊动强度、剪切力分布和磨粒体积质量分布,分析了垂直射流抛光模型和斜冲击射流抛光模型紊流流场的特点。     

超音速蒸汽浸没射流尾部速度的实验研究

针对超音速汽流在20～60℃过冷水中浸没射流进行实验研究,得到射流尾部的速度分布规律。在进口压力为0.3 MPa和0.5 MPa时,随着环境水温的变化,速度分布基本不变。而对同一工况,随着轴向距离的增大,速度逐渐减小,并在径向趋于平缓;随着进口压力的降低,在相同的轴向位置,速度会相应减小,但速度剖面的形状基本一致。从速度分布图中可以看出各个断面流速分布显示出相似性质,轴线上流速最大,距轴越远流速越小。将这一速度分布与圆形紊动自由射流的速度分布进行比较,结果表明两者具有一定相似性。     

双射流结构环量控制涡轮叶栅的性能

对将双射流引入高压涡轮导向器叶栅进行了二维数值研究。在叶栅出口为高亚声速和超声速条件下,对三种具有不同曲率尾缘的环量控制叶栅,采用在吸力面和压力面各加一股射流的双射流方式对叶栅的气动性能进行探讨。结果表明:叶栅出口气流马赫数为0.6和1.1时,采用双射流方案取得了好于单射流的出口气流角和膨胀比,但由于多加了一股射流,能量损失有所增加;马赫数为0.85时,单射流结构的环量控制涡轮叶栅气动性能已经比较好,再加入一股射流对叶栅的气动性能没有明显改善;双射流条件下,压力面射流后方存在低压区,使得在叶栅尾缘曲率较大时,吸力面射流也保持了较好的附壁效果。