超声速流场条件下激光辐照耦合效应数值模拟

激光辐照结构物包含复杂的多物理场耦合问题,其存在流、热、固多种机制的耦合效应。结合计算流体力学(CFD)和有限元方法,对超声速条件下的激光辐照平板问题进行了热流固耦合分析。采用CFD方法得到平板附近流场分布,利用有限元方法计算平板的温度分布,并将二者结合起来实现流体和固体间的数据交互。理论分析确定了流场效应的最主要影响参数为来流马赫数与攻角。对于不同马赫数,激光区域在6 Ma条件下存在温度的谷值,小于等于6 Ma条件下主要体现为冷却效应,而6 Ma以上主要体现为气动加热效应。攻角增大会导致激光区流体质量流量的增加,使冷却效应更加明显。最后综合分析了流场气动加热和冷却两种效应的产生机制。     

超声速流场条件下激光辐照耦合效应数值模拟

激光辐照结构物包含复杂的多物理场耦合问题,其存在流、热、固多种机制的耦合效应。结合计算流体力学（CFD）和有限元方法,对超声速条件下的激光辐照平板问题进行了热流固耦合分析。采用CFD方法得到平板附近流场分布,利用有限元方法计算平板的温度分布,并将二者结合起来实现流体和固体间的数据交互。理论分析确定了流场效应的最主要影响参数为来流马赫数与攻角。对于不同马赫数,激光区域在6Ma条件下存在温度的谷值,小于等于6Ma条件下主要体现为冷却效应,而6Ma以上主要体现为气动加热效应。攻角增大会导致激光区流体质量流量的增加,使冷却效应更加明显。最后综合分析了流场气动加热和冷却两种效应的产生机制。     

流场自适应叉树网格数值模拟三维复杂超声速流场

建立了基于分区结构网格的三维贴体叉树形网格的数据结构,并阐述了在此基础上进行自适应分裂/合并判别方法.为节省网格量和保证流场结构捕捉质量,提出对自适应程度进行区域性控制,以及对流场结构进行"保护"性预加密的优化方式.通过应用该网格对三维复杂超声速流场算例的计算,证明该方法对网格加密控制方便,对流场结构分辨率高.     

颗粒湍流扩散的数值模拟

1引言颗粒湍流扩散是气固两相流中的一个重要的研究课题,近年来,国外有大量文献报道这方面的工作。因为颗粒的湍流扩散的研究的一个基本问题就是湍流的描述,它一方面可以来检验湍流描述的正确性;另一方面,该问题是气固两相流理论中,特别是颗粒群轨道模型中一个难点。描述湍流大体上可分为两种方法。一是直接数值模拟方法（DNS）,J．B．Mclaughlin对管流内颗粒沉降的研究就基于直接数值模拟山,K．D．squires和J．K．Eaton对颗粒扩散的研究也基于DNS［2］,DNS一般只适用于低Reynolds数。另一方面,用随机方法来模拟湍流,该…     

辐射超声速扩散传输产生条件的研究

 利用1维辐射扩散方程的解析理论,在外加辐射源为恒温源的条件下,对能够产生辐射超声速扩散传输的条件进行了研究,可以解析地得出在固定物质密度下能够产生超声速扩散流的参数区域。分析得出：对于一个固定的恒温外源,随着时间的增加,热波波头位置是随时间的平方根增长的,光学厚度正比于波头位置,也是随时间而逐渐增加的;而马赫数是按时间平方根倒数减少的。并推导出在不同密度下恰好产生超声速扩散时,辐射源温度和辐射热波波头位置满足的临界值条件,它们是关于介质密度的函数关系式。最后以SiO₂泡沫为算例,对这些结果的物理图像做了简要的阐述,对它们的应用进行了具体的说明和分析。     

湍流模型在内流流场数值模拟中的应用

本文将Spalart-Allmaras湍流模型方程推导为守恒形式,并应用于内流湍流流场计算.采用此-方程湍流模型分别对扩压器流场以及NASA 67转子流场进行了数值模拟.结果表明常用在外流计算中的Spalart-Allmaras湍流模型在内流计算中仍具有较高的精度、数值稳定性和效率.     

自由电子激光三维数值模拟

在不降低计算精度条件下,保持FELEX程序的基本框架,我们采用了自接法,变量变换,制表等一系列改进措施,使自由电子激光三维模拟计算缩短了一到二个量级的CPU时间,并在PC386/25上实现了运行程序。     

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...     

分区拼接网格算法数值模拟超声速复杂流场

以分区拼接网格数值模拟方法为研究对象,对二阶Godunov方法在拼接网格中流场的数值模拟进行了研究,发展了适用于Godunov格式的通量守恒型算法,结合二阶Godunov有限体积法离散非定常Euler方程,数值模拟了捆绑火箭及航天飞机的超声速流场,计算结果正确描述了流场中的激波相交、反射等干扰特性.     

用ALE方法数值模拟气缸内三维气体流场的研究

用数值模拟的方法研究气缸内气体流动的全貌以探求合理组织气流的途径，这是当前国内外研究的重要课题，在开发ＫＩＶＡⅡ程序的基础上研究适合该问题的三维ＡＬＥ方法，并利用此方法数值模拟了一模型问题。     

压力恢复系统扩压器性能初步研究

在气动和化学强激光器系统研制中,压力恢复系统扩压器设计技术研究具有重要的工程应用价值。介绍了常温空气介质情况下若干型式扩压器试验件的数值模拟和实验研究结果,针对扩压器扩张角大小、壁面之间加隔板和边界层吹气等因素对其扩压性能的影响作了对比分析。初步研究表明：激光器系统的光腔段和压力恢复系统扩压器采用较小扩张角,扩压器内腔宽度方向设置适当厚度的竖隔板,扩压器左右侧壁采用附面层吹气等措施能有效提高扩压器的扩压效率。而由于压力恢复系统扩压器宽高比很大,在扩压器内腔使用水平隔板对扩压效率没有明显提高,并且当扩压器扩张角度很小时,水平隔板反而降低了扩压器扩压效率。     

压力恢复系统扩压器性能初步研究

 在气动和化学强激光器系统研制中,压力恢复系统扩压器设计技术研究具有重要的工程应用价值。介绍了常温空气介质情况下若干型式扩压器试验件的数值模拟和实验研究结果,针对扩压器扩张角大小、壁面之间加隔板和边界层吹气等因素对其扩压性能的影响作了对比分析。初步研究表明：激光器系统的光腔段和压力恢复系统扩压器采用较小扩张角,扩压器内腔宽度方向设置适当厚度的竖隔板,扩压器左右侧壁采用附面层吹气等措施能有效提高扩压器的扩压效率。而由于压力恢复系统扩压器宽高比很大,在扩压器内腔使用水平隔板对扩压效率没有明显提高,并且当扩压器扩张角度很小时,水平隔板反而降低了扩压器扩压效率。     

Supersonic diffuser for pressure recovery in SCOIL system

Classical supersonic chemical oxygen iodine laser (SCOIL) systems operate under a low total pressure of nearly 18 Torr (2400 Pa) with cavity pressure being in the range 3 Torr (400 Pa) and Mach number of 1.7. These systems handle high flow rates and hence an efficient supersonic diffuser (SD) is a critical first step towards an open-cycle operation, which may be followed by a multi-stage ejector system. The present study discusses the various aspects in the design of a supersonic diffuser for a twin 10 kW COIL module source which employs flow rates of 100 gs⁻¹ in each module. The results of computational studies based on 3-D, viscos compressible flow, k-ε turbulence formulation for the supersonic diffuser geometry have also been discussed. The experimental results from a single-module test of the supersonic diffuser show that a total recovered pressure of nearly 7 Torr is achieved at the diffuser exit.     

光腔与扩压器化学反应流场优化数值模拟

氧碘化学激光器（COIL）在化学反应条件下,由于光腔及扩压器的气流通道内存在残余化学反应放热,从而导致热堵现象发生,影响了扩压器的正常启动及光腔内超声速流场的流动品质。采用数值模拟方法对COIL光腔与超声速扩压器流道内的化学反应流场进行研究,对超声速扩压器插入段的长度、楔形体的数量级扩散段长度对化学反应流场的影响进行研究。数值模拟结果表明：通过优化插入段及楔形体长度、取消扩压器侧壁的半楔形体,改善了因化学反应放热对光腔及扩压器流场造成的不利影响。优化后,光腔内的流动不再受气流分离产生的斜激波的影响,扩压器二喉道内的分离现象消失,扩压器壁面的分离区减小,出口流动更加均匀,热堵塞现象消失。化学反应条件下的气流总压损失比冷流时提高约15%,光腔与扩压器的总压恢复系数为0.426,进出口的静压比为3.75,比优化前提高了约25%。     

氧碘化学激光器直线分段扩开型扩压器实验研究

研究了不同几何外形参数对直线分段扩开型氧碘化学激光器(COIL)扩压器性能的影响,实验结果表明：光腔上下壁扩开全角8°时,选取4°超扩段扩散角可获得较好的压力恢复和隔离光腔流场的能力;超扩段增加2 mm竖隔板可降低光腔后部壁面静压,且截止反压提高约12%;在相同腔压下,10°截角唇口的截止反压比直角唇口和1/4圆弧唇口截止反压高出约7.6%;超扩段入口四壁增加人工粗糙带能明显改善光腔壁面静压的分布,并有效提高扩压器效率。     

Large-eddy simulation of shock-turbulence interaction in supersonic diffuser flows

LES based on explicit filtering is used to study the shock train phenomenon in turbulent supersonic diffuser flows with circular cross-section and isothermal wall with an incoming pipe flow at friction Reynolds number 245 and centerline Mach number 1.7. Alternate regions of compression and expansion are found in the shock train which is followed by a shock-free ‘mixing’ region as observed in experiments and simulations in the literature. Turbulence amplification and local peaks in pressure-dilatation correlation are observed in the vicinity of the shocks. Low-frequency oscillations of the shock train are also observed.     

光腔与扩压器的一体化优化数值模拟

采用数值模拟方法对化学氧碘化学激光器光腔通道、超声速扩压器一体化方案的优化展开研究,对扩压器的角度、构型、背压等参数对扩压性能的影响以及对光腔内流场的影响进行计算和分析。研究结果表明：传统的直接扩散型以及平直段+扩散段型的超声速扩压器,抵抗背压影响的能力较弱,且光腔出口处静压急剧升高,影响了光腔内的流场;通过在平直段+扩散段型的超声速扩压器的平直段部分,插入数片楔形体,可以将扩压器的工作背压提升33%以上,且可以有效地隔绝扩压器对光腔内流场的不利影响,从而使光腔下游的逆压梯度大大降低;同时,由于缩短了扩压器的长度,扩压器的总压损失明显降低,冷流状态下的总压恢复系数达到0.484。     

氧碘化学激光器直线分段扩开型扩压器实验研究

 研究了不同几何外形参数对直线分段扩开型氧碘化学激光器(COIL)扩压器性能的影响,实验结果表明：光腔上下壁扩开全角8°时,选取4°超扩段扩散角可获得较好的压力恢复和隔离光腔流场的能力;超扩段增加2 mm竖隔板可降低光腔后部壁面静压,且截止反压提高约12%;在相同腔压下,10°截角唇口的截止反压比直角唇口和1/4圆弧唇口截止反压高出约7.6%;超扩段入口四壁增加人工粗糙带能明显改善光腔壁面静压的分布,并有效提高扩压器效率。     

COIL超扩段监测系统的研制

 为了研究光腔超扩段的几何外形和内部结构等物理参量，设计了一套实时数据采集和监测系统，硬件以研祥公司的PCI总线高性能数据采集卡（DAS）为核心，软件以VB6.0为开发平台。通过该系统，可以对超扩段内各点气流压力进行高精度测量，有利于光腔超扩段的优化设计。     

COIL压力恢复系统气流主动冷却技术数值模拟

 引射式压力恢复系统是化学激光系统应用中的一个重要组成部分,为了提高引射器引射效率,减小整个系统尺寸,可以采用主动降低光腔出口气流温度的方法。通过数值模拟,开展了用热交换器降低光腔出口气流温度的研究。给出了混合气体的热物理性质、热交换器建模方法及数值模拟条件,比较了不同条件下热交换器性能的差异,发现由于出口气流密度很低,热交换器的总传热系数、压力损失比常规条件下有较大幅度的减小。此时适当增大椭圆管尺寸,采用高翅片换热管,可以有效地提高热交换器的换热能力。