超声速等离子体射流的数值模拟

基于可压缩的全Naiver-Stokes方程，利用PHOENICS程序对由会聚 辐射阳极形状等离子体炬产生的超声速等离子体射流进行了数值模拟.考虑了等离子体的黏性、可压缩性以及变物性对等离子体射流特性影响.研究了超声速等离子体射流的流场结构特性以及不同环境压力对等离子体射流产生激波结构的影响.结果表明，超声速等离子体射流在喷口附近形成的周期性激波结构是其和环境气体相互作用的结果. 关键词： 等离子体炬 超声速等离子体射流 PHOENICS     

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...     

微射流放大器内部三维流动数值模拟

采用三维流动求解器CFD-ACE ,以水作为工作介质,对不同流动工况的偏向型微射流放大器内部三维流场进行了数值模拟,得到了流场的压力分布图和速度矢量图,并通过计算得到平均流量增益曲线,将偏向型微射流放大器内部流场分析与外部运行特性分析有机地结合起来,为实验方案的优化提供了依据。     

分流技术强化超声速混合及燃烧的数值模拟

本文提出一个利用分流技术强化超声速横侧射流混合及燃烧的新方法,即通过一个细小通道连通燃料喷口上下游,上游高压流体部分分流到下游,从底部抬高燃料穿透深度.应用修正可压缩性的 k-ε湍流模型,对不同喷射压力下冷态及燃烧流场进行数值模拟.有无采用分流技术的结果对比表明,分流技术能有效增大混合效率和燃烧效率,分流孔位置是一重要影响因素.观察到两类强化混合及燃烧的机制,合理布置分流孔位置可使燃烧效率相对提高 25% 以上.     

三维超声速射流火焰的直接模拟研究

本文使用了直接模拟（DNS）程序计算了三维超声速湍流射流火焰。首先介绍了本程序使用到的计算方法,包括热物性参数和输运参数的计算、反应机理、边界条件、离散方法。然后,本文使用该方法计算了马赫数为1.2的三维超声速H₂-AIR湍流射流火焰,描述了火焰的整作结构。最后,本文对火焰底部的稳燃的机理—自燃进行了分析和论证。     

肋片对后台阶湍流流动影响的数值模拟

采用二阶全展开ETG有限元方法作为大涡模拟空间离散格式,计算了Reynolds数为47625条件下的后台阶湍流流动,结果与相关实验资料符合良好,在此基础上分析了附加肋片高度和肋距对后台阶湍流流动的影响.计算结果表明,不同肋高和肋距对台阶下游流动具有较大的影响,相应条件下台阶下游的涡系及其时变过程都发生了很大的变化,计算给出了台阶回流段长度随肋高和随肋距变化的曲线,并指出,在台阶下游附加肋片可以作为后台阶湍流流动一种简单有效的被动控制方式.     

膨胀不足超音速自由射流的数值模拟

激波自喷管口出射到低压滞止大气中所形成的流场可简化为轴对称定常流动问题。本文采用二阶精度迎风ＴＶＤ格式对膨胀不足超音速自由射流进行了数值模拟。     

可压缩轴对称射流流场近区的数值模拟

采用高精度差分方法对二维轴对称可压缩射流流场进行了数值模拟,研究了大尺度涡结构的形成和发展过程及其在射流雪展过程中的作用,计算结果显示了射流失稳后首先出现Ｋｅｌｖｉｎ－Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ非稳定特征,之后向下游发展的过程中, 一笥效应的增长导致涡的配对和对并;指出射流场中压力波动的分布是大尺度涡结构分布的直接结果。     

后台阶气固两相流动的大涡模拟

本文基于开源计算流体力学软件OpenFOAM,开发了气固两相流动双向耦合求解器,并对Re=13800、颗粒直径为150μm的玻璃球的后台阶两相流动进行了计算。其中气相采用大涡模拟方法,用盒式过滤函数对流体相控制方程过滤求解。颗粒相采用拉格朗日方法对颗粒进行跟踪。将计算结果和实验数据进行对比,以此来检验颗粒受力计算模型和亚格子气固两相求解器的准确性。     

低速二维后向台阶流动中的壁面压强脉动

为了能排除三维结构对涡脱和剪切层旋涡的影响,使用实验方法研究了一个小展高比（AR=0.125）的后向台阶流动.该实验台类似纯二维的Hele-Shaw Cell.流动被局限在两个平行且距离为5 mm的有机玻璃板之间.台阶高度H为40 mm,扩张比2:3.在台阶下游中央沿流动方向安装16个麦克风组成的传感器阵列采集壁面脉动压强.来流速度U₀在9~26 m/s之间连续可调.通过计算脉动压强分布、频谱,不同位置的相关性和相干性系数,发现并分析流动存在一个临界Reynolds数.流场在临界Reynolds数前后存在明显不同的流动特征.实验结果表明在低Reynolds数下依然存在剪切层的低频摆动;当Reynolds数大于临界Reynolds数时,分离后流动由涡结构传播的特性主导.      

Detailed Comparative Analysis of Interaction of a Supersonic Flow with a Transverse Gas Jet at High Pressure Ratios

Technical Physics - The interaction of a 3D supersonic turbulent gas flow with a transverse sonic jet injected from the wall has been studied in detail both numerically and experimentally. However,...     

Flow Structure and Pressure Oscillations during the Interaction of a Supersonic Underexpanded Gas Jet with a Tubular Cavity

Technical Physics - Supersonic jets are widely used in devices based on a self-oscillation process emerging during the interaction of a gas flow with tubular cavities (gas-jet acoustic emitters)....     

Flow Structure and Thrust Change at Gas Jet Injection into the Supersonic Part of a Nozzle

Technical Physics - The numerical simulation of gas-dynamic processes accompanying the transverse injection of a gas jet into the supersonic part of a nozzle is considered in the context of...     

压缩拐角激波/湍流边界层干扰特性分析

用大涡模拟方法对Mach数3.0下的压缩拐角激波/湍流边界层干扰问题进行数值研究.对拐角上游平板区域边界层转捩及湍流进行模拟,设定平板区域长度,使得转捩过程于平板区域发生并充分完成,从而在拐角处产生激波/湍流边界层相互干扰,研究激波/湍流边界层的作用机理.研究表明:流场能够在非定常扰动激励下迅速转捩,并于平板区发展为完全湍流;湍流边界层与激波相互作用过程中,拐角附近分离区较层流情况明显减小;展向不同区域分离区大小差异较大,局部区域分离现象消失.     

Numerical Simulation of MHD Jet Flows

Liquid metal free surface flows （films, jets and droplets） are considered as diverter/ limiter system and first wall in fusion reactor, but the knowledge Of liquid metal free surface under a non-uniform magnetic field is very limited. In this article, the stability of a jet flow under a gradient magnetic field is investigated, and its MHD effects are the top concern. Based on numerical simulation and experimental results, a simplified model is developed to analyze the MHD effects of the jet flow and to explain the reason why it can keep stable under a strong non-uniform magnetic field.     

间断有限元方法在弹尾超音速喷流计算中的应用

采用间断有限元方法对超音速无粘喷流流动进行数值模拟.将二维双曲守恒方程的间断有限元方法发展到轴对称Euler方程,并就某导弹尾部超音速伴随射流进行数值计算.计算结果与实验照片反映的流动特征吻合较好,与高精度、高分辨率TVD格式的计算结果相比,间断有限元方法的计算结果在轴线反射点附近具有较高的分辨率,表明该方法对激波具有较强的捕捉能力,在激波阵面上不会产生振荡或抹平间断现象.     

带控制的超声速二维后台阶流动显示

在Mach数3.4的来流条件下,对二维后台阶流动精细结构开展了实验研究.实验分为后台阶上游无控制加粗糙带扰动及微涡流发生器（micro-vortex generator,MVG）扰动3种状态,采用基于纳米示踪的平面激光散射（nano-tracer based planar laser scattering,NPLS）方法获得了流向和展向切面内的高时空分辨率流动显示图像,并测量了模型表面静压分布.对大量NPLS图像取平均,研究了流场结构的时间平均规律,对比不同时刻的瞬态流场精细结构图像,发现不同状态下的湍流大尺度结构的特征时间.有粗糙带状态相对无粗糙带台阶下游回流区压力更低,而下游压力较高,台阶上游区别不大;受MVG控制后台阶下游附近区域压力突增;MVG对流动的控制改变能力较强,粗糙带能调整台阶上下游附近流动平稳过渡,流场壁面压力没有突变.      

颗粒Reynolds正应力轨道模型及后台阶两相流动数值模拟

用随机过程理论建立气固两相耦合脉动量Lagrange方程,并建立了气固两相流随机颗粒轨道模型中颗粒Reynolds正应力的Lagrange方程.将新的模型运用于各向同性的湍流衰减的流场中,模拟颗粒的湍流扩散特性,与文[1]中的模型和实验结果作比较,并使用新模型模拟了后台阶两相流动.