RNG湍流模型在冲击射流数值计算中的应用

将3种版本的RNG,k-ε湍流模型应用于轴对称冲击射流场的数值模拟. 通过与实验结果的比较,考察了模型系数的改变和非线性附加项对数值结果的影响,评价了三种模型对冲击射流的数值预测能力.     

冲击高度对自由冲击射流影响的实验研究

采用热线风速仪测量了雷诺数为 ２３ ０００时四种冲击高度下率流自由冲击射流流场，并给出详细的结果．表明壁面的“阻尼”影响主要集中在近壁面０．５Ｄ以内．小冲击高度时径向速度下降得比大冲击高度时明显要快，量值也较小；在ｒ／Ｄ≤１．５处，小冲击高度时紊动能的数值大小和分布趋势与大冲击高度时不同，特别是在喷管出口距冲击板高度Ｚ与喷管直径Ｄ之比Ｚ／Ｄ为８时分布特殊，在其它测点处，紊动能的分布趋势基本一致，只是大冲击高度下的值较大；流动结构在Ｚ／Ｄ为６～８时发生了较大的变化，这种变化与势流核心区有关，在势流核心区的顶端以及下游的一段距离内紊流度都很高．     

冲击高度对半封闭紊流冲击射流流场影响的实验研究

采用热线风速仪给出了在半封闭、雷诺数为23000时四种不同的冲击高度下紊流冲击射流流场的详细的测量结果,并与文献结果作了比较。表明壁面的“阻尼”影响主要集中在近壁面0.5D以内,在径向上流动既有顺压梯度,又有逆压梯度。小板间距时径向速度曲线下降得比大板间距时明显要快,且曲线的峰值也稍大;在r/D≤1.0的区间内,板间距为2和4时紊动能的数值大小和分布趋势与板间距为6和8时的不同,在其它位置紊动能的分布趋势基本一致,只是大板间距下的值较大;流动结构在z4和z6之间发生了较大的变化,这种变化与势流核心区有关,在势流核心区的顶端以及下游的一段距离内紊流度都很高。     

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。     

按达朗伯原理求解冲击问题和计算冲击时间

 澄清了在材料力学冲击问题关于不能用达朗伯原理(考虑惯性 力的方法或动静法)求解的一个长期的结论. 通过详细推导，达朗伯 原理不仅得到了与能量法相同的结论，而且还有一些细微的概念深 化，包括动载系数、最大动载系数和冲击时间的计算等. 指出：在 材料力学课堂教学中，把达朗伯原理与能量法结合起来，有助于学 生们更好地掌握基本概念.     

半封闭狭缝湍流冲击射流的数值模拟

将Yakhot和Orszag提出的RNGk-ε模型推广应用于半封闭狭缝冲击射流场的数值模拟，以评价该模型对这种复杂湍流的预测能力。将计算得到的流场平均速度分布、湍流强度分布和流函数分布与标准k—ε模型的预测结果以及相应的实验数据进行了比较，结果表明：RNGk—ε模型的预测结果总体上要好于标准k—ε模型，但与实验值相比，所有预测结果都还存在不同程度的误差，尤其是近壁区和滞止点较远下游处的湍流强度分布。说明RNG模型虽然已在某些湍流的预测中取得了一定的成功，但要定量准确地预测冲击射流场，还必须针对其流动特征对模型加以改进。     

真实火箭射流冲击流场中激波结构的实验研究

本文采用一种有效的激光-莫瑞光栅干涉系统首次拍摄到真实火箭燃气射流冲击流场的激波结构.解决了长期以来无法拍摄到高温、高速、强火焰光的火箭射流流场图像的问题。利用这一系统,研究了射流冲击流场中激波结构的一些变化规律,发现了一些新的激波结构。较系统地研究了欠膨胀射流冲击各种锥体的激波形态。     

湍流冲击射流流动与传热的数值研究进展

湍流冲击射流由于其冲击表面时具有很高的局部传热率和冲击力,被广泛应用于如表面的加热、电子元件的冷却、纸张的干燥和材料的切割等工程应用和工业过程中.由于其流动的复杂性,也常被作为一种理想的测试实例来评价湍流模型的性能.此外,湍升力射流与地面之间的空气动力作用对V/STOL (垂直或短距离起落)飞机的性能具有很大的影响.长期以来,人们从理论分析、实验测量和数值模拟方面对冲击射流进行了广泛而系统的研究,积累了丰富的资料.本文在分析了湍流冲击射流的数值研究现状的基础上,对近年来有关湍流冲击射流流动与传热的数值研究方面的文献有选择地进行了综述,重点评述了不同湍流模型对冲击射流流动与传热的预测能力,讨论了存在的问题并对该领域今后的研究方向进行了展望.      

双层平行反应装甲与射流作用过程分析

根据双层平行反应装甲飞板飞散变形的物理过程分析, 认为平行双层反应装甲与射流作用过程分流为两个阶段, 在中间两飞板碰撞以前, 两组件的运动是独立的,因此可按两个单个反应装甲先后与射流作用; 而中间两板碰撞以后即退出干扰作用, 按射流与单个反应装甲作用计算. 并根据飞板运动规律得出了飞板碰撞退出干扰作用的时间. 通过与实验和数值模拟结果比较表明, 理论分析过程与实验和数值模拟计算结果基本吻合.     

基于J-C本构模型的Comp.B炸药落锤冲击数值模拟

为研究Comp.B炸药在惯性冲击下的力学响应特性, 基于Johnson-Cook本构模型, 对点火前的Comp.B炸药大落锤(400kg)冲击实验进行了数值模拟. 在不同应力加载条件下模拟计算得到了用状态方程和不用状态方程的$\sigma$-$t$曲线, 对比应力峰值、应力上升时间等主要力学参数, 结果表明考虑了状态方程的数值模拟结果与实验吻合最好, 可以很好地模拟炸药惯性冲击下的力学响应.     

超声速中等欠膨胀冲击射流的涡声关系研究

使用大涡模拟方法对冲击面为平面的超声速中等欠膨胀冲击射流进行了数值模拟.利用三阶迎风和四阶对称紧致格式对无量纲化轴对称可压缩滤波N-S方程进行空间离散,时间上推进采用的是三阶精度的TVD型Rugge-Kutta法. 通过与经典的冲击射流实验比较,证实了程序的可靠性. 数值模拟得到了流场中不同尺度的涡结构和激波结构,观察到了上行声波和反射波以及流场中不同位置的声源,分析了冲击区剪切层附近区域的压强和涡旋转强度变化的频率、冲击平板上的压强变化频率以及射流剪切层中不同位置的涡合并出现的频率,发现冲击区剪切层附近区域的压强和涡强度变化以及射流剪切层中的涡合并现象和离散频率的冲击单音有重要关联.      

PIV MEASUREMENT OF CLOSE IMPINGING JET ON FLAT PLATE 1)

运用时间分辨粒子成像测速系统(time-resolved particle image velocimetry, TR-PIV)对近距离下射流冲击平板时的流场进行了直接测量, 通过对两个正交的平面流场开展测量, 揭示了冲击距离和雷诺数对射流间隙内三维流动特征及涡系结构演化规律的影响. 结果表明: 射流间隙存在三种典型的涡系结构, 分别为双涡环模式、单涡环模式和卷吸模式, 但在大流量湍流状态下, 射流可能会冲破涡环, 形成随机的高速出流, 各流动模式的出现主要与射流流态及壁面约束作用有关. 运用涡量分析对三种典型涡系结构的能量传递和损失特性进行了比较. 结果表明: 近距离冲击时, 射流的能量通过涡环模式向外传递. 在双涡环模式下, 两个涡环的旋向相反, 端面的约束作用使得两个涡环都被严格约束在射流棒端面之内, 且一次涡环强度显著大于二次涡环强度. 最后, 运用本征正交分解方法对射流间隙内的流动模态及其能量分布进行了分析. 单涡和双涡模式前十阶模态分析结果表明: 能量脉动在较低阶时即以配对的模式出现, 这表明一次涡环与二次涡环均具有良好的对称性, 同时在双涡模式中, 一次涡环是占主导作用的大尺度流动结构. 卷吸模式的前三阶模态分析表明: 射流的能量集中在射流上游, 能量随紊动扩散急剧衰减.     

冲击射流中反馈环机理的再研究

冲击射流的噪声抑制对于研究短程起飞和垂直起降飞行器(STOVL)是极其重要的. 为了研究冲击射流噪声尤其是冲击单音与涡结构尺度之间的关系以及反馈声波的上传方向,采用小波分析技术和``声类比'方法来分析冲击单音的传播方向. 研究中用到的冲击射流的速度场由PIV技术给出,冲击单音的频率通过噪声场的测量获得. 利用双正交小波变换来提取冲击射流速度场中含有的波动信息,结合冲击单音的频率特性对噪声场进行研究.研究结果表明大尺度结构是冲击单音的``拟声源'. 此外,还可以看出大尺度涡结构产生的反馈声波一部分向喷嘴出口处传播,形成反馈环;另一部分反馈声波向四周传播.      

NUMERICAL PREDICTION OF SEMI-CONFINED JET IMPINGEMENT AND COMPARISON WITH EXPERIMENTAL DATA

The standard k–ε eddy viscosity model of turbulence in conjunction with the logarithmic law of the wall has been applied to the prediction of a fully developed turbulent axisymmetric jet impinging within a semi-confined space. A single geometry with a Reynolds number of 20,000 and a nozzle-to-plate spacing of two diameters has been considered with inlet boundary conditions based on measured profiles of velocity and turbulence. Velocity, turbulence and heat transfer data have been obtained using laser–Doppler anemometry and liquid crystal thermography respectively. In the developing wall jet, numerical results of heat transfer compare to within 20% of experiment where isotropy prevails and the trends in turbulent kinetic energy are predicted. However, stagnation point heat transfer is overpredicted by about 300%, which is attributed directly to the turbulence model and inapplicability of the wall function.     

射流撞击粉碎法制备超细炸药颗粒原理分析

分析了射流撞击粉碎法制备超细炸药颗粒的原理。得出在射流撞击过程中,颗粒之间冲击压力是引起颗粒粉碎的主要原因,冲击波的作用加强了颗粒的粉碎。利用此方法制备出了亚微米级超细ＨＭＸ和ＲＤＸ高能炸药颗粒。     

Numerical computation of an impinging jet with uniform wall suction

The paper presents numerical predictions of a turbulent axisymmetric jet impinging onto a porous plate, based on a finite volume method of solving the Navier-Stokes equations for an incompressible air jet with the K–ε turbulence model. The velocity and pressure terms of the momentum equations are solved by the SIMPLE (semi-implicit method for pressure-linked equation) method. In this study, non-uniform staggered grids are used. The parameters of interest include the nozzle-to-wall distance and the suction velocity. The results of the present calculations are compared with available data reported in the literature. It is found that suction effects reduce the boundary layer thickness and increase the velocity gradient near the wall.     

Heat transfer from an obliquely impinging circular, air jet to a flat plate

A series of experiments was conducted for the measurement of local convective heat transfer coefficients for an obliquely impinging circular air jet to a flat plate. In the experiments, the oblique angles selected were 90°, 75°, 60° and 45°, with 90° being a vertical jet. Two different Reynolds numbers of 10,000 and 23,000 were considered for the purpose of comparison with previous data available in the literature. Another parameter varied in the measurements was the dimensionless jet-to-plate distance, L/D. Four values of L/D(2, 4, 7, and 10) were considered in the experiments. The experiments were conducted using the preheated wall transient liquid-crystal technique. Liquid-crystal color changes were recorded with a video system. Local convective heat transfer coefficients were obtained through the surface transient temperatures that were related to the recorded color information. Detailed local heat transfer coefficients were presented and discussed in relation to the asymmetric wall jet upon impingement of the jet flow. Results of experiments show that, for a given flow situation, the point of maximum heat transfer shifts away from the geometrical impingement point toward the compression side of the wall jet on the axis of symmetry. The shift is more pronounced with a smaller oblique angle (larger jet inclination) and a smaller jet-to-plate distance. Comparisons of experimental results with existing heat transfer data for both obliquely impinging jets and vertical impinging jets are made. The effect of oblique angles on heat transfer was assessed.