火箭燃气射流冲击埸的实验研究

本文介绍火箭燃气射流冲击场的实验研究方法和结果,采用大口径长程莫阿偏折仪获得了自由射流和射流冲击场的莫阿偏折图,定量得到马赫盘位置、边界、斜激波等近场结构值,并与风洞冷射流模拟和数值模拟结果进行比较。     

高压燃气射流在整装液体中扩展过程的实验和数值模拟

为研究高压燃气射流在整装液体中的扩展规律,探索提高射流稳定性的控制方法,设计了4级渐扩型圆柱观察室.采用高速录像系统,观察了燃气射流在液体模拟工质中扩展与掺混的过程,获得了射流扩展形态的序列照片,测量了Taylor空腔的扩展速度,对比了观察室内壁形状对射流扩展过程的影响.建立了二维轴对称气液两相湍流模型,模拟射流扩展过...     

圆柱形充液室中4股贴壁燃气射流扩展特性的实验研究

为了探索高温高压周向均布4股贴壁燃气射流在受限空间中的扩展特性,设计了贴壁燃气射流在圆柱形充液室内扩展的实验装置,借助数字高速录像系统,观察了4股贴壁燃气射流在充液室中的扩展过程,发现由Kelvin-Helmholtz不稳定性引起的表面不规则一直存在于整个射流扩展过程;通过处理拍摄记录的射流扩展序列图,获得不同时刻射流扩展的轴向和径向位移; 对比了不同破膜喷射压力和喷孔结构参数对4股贴壁燃气射流扩展过程的影响。实验结果表明:喷孔面积越大,贴壁射流初期轴向扩展速度越大,但由于径向扩展达到交汇的时间较早,湍流掺混和干涉强烈,衰减也越快;破膜喷射压力越高,射流径向扩展到达交汇的时间越短; 破膜喷射压力从12 MPa升高到20 MPa,射流轴向扩展速度大幅增加,气液湍流掺混效应增强。     

火箭燃气射流冲击埸的实验研究

本文介绍火箭燃气射流冲击场的实验研究方法和结果,采用大口径长程莫阿偏折仪获得了自由射流和射流冲击场的莫阿偏折图,定量得到马赫盘位置、边界、斜激波等近场结构值,并与风洞冷射流模拟和数值模拟结果进行比较。     

双股燃气射流在充液室内扩展特性的实验研究

为了探索高温高压双股燃气射流在整装式液体工质中的扩展特性,设计了五级圆柱渐扩型观察室和圆柱型观察室,借助数字高速录像系统,观察了双股燃气射流在充液室中的扩展过程,对比了不同的观察室边界以及不同的参数条件对双股燃气射流扩展过程的影响。实验结果表明,圆柱渐扩型观察室结构更有助于改善气液的掺混特性,通过参数的合理匹配可以一定程度上控制双股燃气射流在三维充液室中的扩展过程。     

瞬态加速液柱的流体力学问题研究

介绍了用激波和压缩气体加速液柱时的流体动力现象的实验研究,实验中采用了高速摄影技术。研究分为两部分:第一部分,液柱在被加速后在管内的气/液两相流的发展以及流出管外后喷雾流的形成,喷雾流自下而上产生;第二部分,气/液界面上的流体力学不稳定性,即Rayleigh Taylor(RT)不稳定性及Richt myer Meshkov(RM)不稳定性,液柱自上而下运动。实验发现,用此方法产生的喷雾具有流量大、射程远、覆盖面积大等特点。液柱在管内的加速过程中,上端面保持平面,下端面在经历了初始的不稳定性之后形成弹状流。在本实验的驱动压力及马赫数的范围内,RT和RM不稳定性的后期的发展过程比较接近,尽管两者的增长率不同。在RT不稳定性的初始阶段,高密度流体的尖钉先伸入低密度流体中;但是,在RM不稳定性的初始阶段,低密度的气泡先伸入高密度流体中。     

起下钻时的钻柱和液柱系统纵向振动过程分析

本文建立了钻柱、钻柱内液柱和环空液柱的系统纵向振动方程,分析了起下钻时波动压力和反压差的影响因素,阐明了井下钻柱所受载荷的变化与大钩载荷的变化具有相同规律,为井下工况的预测、井下事故原因分析及井眼轨道控制系统控制信号的确定提供理论依据。     

聚能射流对固体火箭发动机的冲击起爆

为研究聚能金属射流对固体火箭发动机的冲击响应,开展了聚能装药空射实验及某尺寸发动机在无防护情况下的射流冲击实验,使用高速摄影仪记录了爆炸响应过程,并测量了不同距离及方向的空气超压和破片速度。利用AUTODYN有限元计算软件对实验过程进行了数值模拟,通过调整流固耦合的网格大小,避免了耦合泄漏。实验结果表明,火箭发动机受到射流冲击后,会发生剧烈爆炸,推进剂完全反应,破片速度达4 700 m/s以上,距离发动机爆炸中心1 m处的空气超压达到19.78 MPa,爆炸中心温度达到3 000 ℃以上,该推进剂爆炸能量略高于常规炸药。模拟结果显示,射流以头部速度7 000 m/s的速度冲击发动机壳体后,射流头部的尖端被严重烧蚀,且速度降至约5 600 m/s;推进剂在受到射流侵彻1～2 mm后,发生剧烈反应;爆炸冲击波以球形沿圆柱孔装药传播,并通过圆柱形中心孔冲击另一侧推进剂,发生装药的二次冲击起爆,同时伴有回爆现象,在推进剂中心的高斯点出现了3次超压波峰;距离发动机中心1 m处3个高斯点的平均空气压力峰值为18.75 MPa,与实验结果吻合较好。     

燃气射流冲击传热特性的数值模拟

针对射流传热问题,利用基于RNGk-ε湍流模型的数值方法模拟了射流垂直冲击平板的流动过程,并与实验数据比较,验证了模型的可行性。在此基础上,以火箭喷管入口参数为入口条件,建立了超音速燃气射流垂直冲击平板和冲击浸没平板的计算模型,分析了不同冲击条件下努塞尔数分布规律和温度分布规律, 论述了超音速射流传热的特性及影响传热特性的因素。得到了冲击距离为(14~18)D的努塞尔数取值范围,并表明冲击距离和射流温度是影响传热效率的关键因素;冲击距离增加,传热效率降低,冲击平板表面的射流温度越高,传热效率越高。     

气液两相瞬变流的流固耦合模型研究

传统的气液两相流瞬态分析和管道动力响应计算是分开的，存在一定的缺陷．针对石油工业中常见的多相混输问题，介绍了常见的气液两相流瞬态模型和流固之间存在的耦合机理，在不作薄壁管假设的前提下推导出了气液两相瞬变流的流固耦合模型．与现有相似模型的对比分析表明，这一模型比较全面地考虑了流体和管道的特性以及不同的耦合形式，可以适应实验和／或仿真研究的需要．     

燃爆压裂中压挡液柱运动规律的动力学模型

针对燃爆压裂过程中压挡液柱受冲击运动机理的复杂性,假设火药燃气与压挡液柱存在完全气液 接触界面,采用拉格朗日的微元分析方法,建立了由连续性方程、动量守恒方程、能量守恒方程组成的压挡液 柱运动规律动力学模型,并给出了该模型与火药燃爆模型的耦合数值解法。经程序编制和实例计算表明,在 综合考虑火药燃气对液柱的宏观推动作用、冲击压缩作用、液柱自身的动能分布及管壁对其摩擦阻力的影响 后,火药燃烧过程中气液界面上升高度有限(实例计算不足0.1m),可起到很好的持压作用;但全过程中最高 液柱位移较大(18.9m),水力振荡增效作用明显。研究成果对提高燃爆压裂的数值模拟精度具有一定促进 作用。     

水动力作用下低速射流碎化的数值模拟

为研究射流在水动力作用下的碎化特性,采用有限体积法对轴对称坐标下Navier-Stokes方程进行了求解,考虑重力和表面张力的影响,并通过Volume-of-Fluid法与Level-Set法成功捕捉到界面的不稳定发展、变形及射流碎化过程,分析了流场内部速度场和压力场分布,结果表明,射流碎化长度随Re/We“5数呈指数型增加,最后探讨了射流速度、直径及周围流体密度、粘性等参量对射流的碎化过程的影响规律.     

超空化条件下液体射流热稳定性研究

基于线性稳定性理论,建立了描述超空化条件下液体射流热稳定性的数学模型,并对数学模型及其求解方法进行了验证;在此基础上,对超空化条件下液体射流与周围气体间的温差对射流稳定性的影响进行了研究。研究结果表明,液体射流与周围气体间存在温差时,射流稳定性变差,扰动波波数范围拓宽,且拓宽的程度随温差的增加有明显加大的趋势;温度扰动对射流稳定性的影响与扰动模式关系不大;温度扰动会在一定程度上削弱超空化对射流稳定性的作用,并有可能完全抑制超空化对扰动波最大波数的作用,只有当超空化达到一定程度后,才能克服温度扰动的抑制作用,使扰动波最大波数变大。     

Spatial distribution of the gas phase in an axisymmetric submerged impact jet

Experimental data on the spatial distribution of the gas phase in an axisymmetric impact jet are obtained by the particle image velocimetry/laser-induced fluorescence (PIV/LIF) method. It is shown that the distribution of bubbles in the flow is determined by the dynamics of vortex structures. __________ Translated from Prikladnaya Mekhanika i Tekhnicheskaya Fizika, Vol. 50, No. 4, pp. 33–38, July–August, 2009.     

气/固/液三相混合物燃烧转爆轰过程实验研究

利用多相燃烧爆炸实验系统,通过高压喷粉/喷雾以及高能点火等过程,对化学当量比条件下3种 典型燃料空气炸药,即硝基甲烷/铝粉/空气、硝酸异丙酯/铝粉/空气、乙醚/铝粉/空气三相混合物的燃烧转爆 轰过程进行了实验研究,同时根据实验结果对比了3种三相混合物的燃爆性能。得到了三相悬浮混合物燃烧 转爆轰过程的宏观规律以及三相混合物燃爆性能随质量浓度变化的规律。     

Numerical simulation of the disintegration of forced liquid jets using volume-of-fluid method

The present numerical study investigates the effect of finite sinusoidal velocity modulations imposed on an otherwise unperturbed cylindrical liquid jet issuing into stagnant gas using Volume-of-Fluid (VOF) methodology. Variation of the simulation parameters, comprising of the mean liquid jet velocity, modulation amplitude and frequency grouped together using a set of non-dimensional parameters, leads to the formation of a wide gamut of reproducible liquid structures such as surface waves, upstream/downstream directed bells and chains of droplets similar to those observed in experiments. The computations efficiently capture the diverse flow structures generated by the evolving modulated liquid jet inclusive of several nonlinear dynamics such as growth of surface waves, ligament interaction with shear vortices and its subsequent thinning process. The simulations identify the deterministic behaviour of modulated liquid jets to predict liquid disintegration modes under given set of non-dimensional parameters.     

液体火箭爆炸地面有害气体生成与扩散分析

建立了自燃液体推进剂运载火箭爆炸时地面残余推进剂蒸发模型和产生的有害气体在大气中的扩散模型,给出了N2O4/UDMH液体推进剂爆炸产生的地面推进剂残留量、推进剂污染区直径、大气环境中地面残余N2O4和UDMH推进剂蒸发速率等参数的实验结果。利用该理论模型对大型运载火箭发生意外爆炸事故产生的地面残余推进剂蒸发时间和形成的有害气体危害范围进行了估算。该理论模型可为航天发射场制定安全防护措施提供有用的评估方法。     

一种射流源和炸药射流感度的研究

为了研究各种炸药射流感度,采用多种途径研制了能量输出较稳定的射流源;并用三种方法对射流源能量输出稳定性进行了判定。利用自行研制的射流源对TNT、B炸药、JB-B等多种炸药进行了射流感度的评定试验,获得了多种炸药射流感度的顺序排列结果,并与文献值符合得很好;利用X光机获得了射流头部速度与隔板厚度的关系,并拟合了经验公式。     

气体速度对液膜在预膜板表面流动形态影响的LBM模拟

为了探究气流剪切作用对航空燃油在气动雾化喷嘴预膜板上流动形态的影响,首先对基于相场理论的两相流格子Boltzmann模型进行修正,并通过经典算例验证了修正后模型的准确性和可靠性.随后利用该模型模拟了同向气流驱动下液膜在水平预膜板表面上的流动,分析了气流速度对液膜流动形态的影响规律.研究表明,该模型可准确追踪具有大密度比...