波浪环境中垂直射流紊动特性的实验研究

利用粒子图像测速技术PIV(particle imagevelocimetry)对有限水深规则波浪环境下垂直射流紊动特性进行了实验研究. 应用相位分析法从测量数据中分离出速度脉动项,用4种不同波高的波浪研究波高对射流紊动特性的影响,对紊动量的分布以及大小进行了分析. 结果表明波高对射流的紊动特性有显著影响,并且对流项对波高的变化较紊动扩散项更为敏感,紊动扩散项量值约是对流项的$1/8\sim1/3$, 在时均化的N-S方程中起的作用不可忽略.      

金属射流失稳断裂的理论分析

基于Hamilton原理,提出一个包含射流强度、剪切、应变率效应、动力学黏性、表面张力和速度梯度等多因素耦合的金属射流拉伸运动方程,具体分析了各种失稳因素,并由数值解定量给出其影响大小,以及最不稳定波长与初始应变率乘积\lambda_{m}\dot{\varepsilon}_{0} 值的变化范围;给出了射流断裂的时间判据和近似理论公式,计算得到的 t_{b}-\dot{\varepsilon}_{0}曲线与射流实验点、Chou\&Carleone拟合公式三者符合较好.      

聚能装药射流形成的自适应物质点法模拟

聚能装药可用来穿透装甲、岩石、混凝土等高强度日标,在国防工业以及石油工业有重要应用.质点类无网格法,如SPH和MPM,可以避免网格畸变,比基于网格的传统方法更适合聚能装药问题的模拟.该文针对物质点法中可能发生的数值断裂问题,提出了自适应分裂质点的方案.当质点在某一方向的累积应变达到一定阈值,即将质点一分为二,从而使物质点法可以更有效的表达射流形成过程中强烈的拉伸变形.采用C++语言编制了可自适应分裂质点的三维物质点法程序MPM3DPP,应用Johnson-Cook材料模型用来考虑应变率效应和热软化效应,Mie-Gruneisen状态方程用于金属在高压下的压力计算,Jones-Wilkins-Lee(JWL)状态方程用于描述爆炸产物等膨胀过程,并在压力项加入人工粘性用来处理冲击波.模拟并分析了爆炸飞片、聚能射流等问题,通过数值模拟,对射流形成过程中的变形情况以及温度、速度的分布进行分析.模拟结果和经验公式吻合.     

矩形冷却孔附近流动的数值研究

为了深刻认识冷却孔附近的流动结构和旋涡生成机理,本文数值研究了平板上不同矩形射流孔附近的局部流场.在给定横向流速和吹风比条件下,对不同长宽比的矩形垂直射流孔附近区域三维定常流动的流场结构进行了研究.并分析了孔附近各种主要涡旋生成的机理.     

层/湍流等离子体射流的稳定性与三维特性的实验观测研究

采用普通照相和短时间曝光成像的ICCD照相技术,观测了低于大气压条件下产生的纯氩和氩-氢直流电弧等离子体射流的高温区的瞬时形貌及其变化,结合电弧弧根在阳极表面贴附行为的观测结果,对射流的稳定性与三维特性和弧根行为之间的关联进行了分析.结果表明,层流等离子体射流的高温区长度明显长于湍流射流情形,并且具有很好的轴对称性和时间稳定性;湍流射流的高温区瞬时形貌则表现出明显的三维特征;等离子体射流的三维特性与弧根在阳极表面的贴附行为没有直接的联系.     

湍动发生器内流场数值模拟及结构优化分析

对流浆箱内整流元件─湍动发生器进行了基于二相流动的数值模拟.主要是针对阶扩型和渐扩型两种湍动发生器结构形式,通过改变入口流速和湍动发生器结构参数进行了多种情况下的数值模拟计算.探讨了这些因素对湍动发生器的湍动发生性能影响,其结果对湍动发生器的结构优化具有较好的指导意义.     

不同湍流模型对圆射流数值模拟的讨论

采用FLUENT软件,选择Spalart-Allmaras模型,标准κ-ε模型以及RNG κ-ε模型对气体无限空间淹没湍流圆射流进行了数值模拟,并将计算结果与理论分析及实验测量方法所得结果进行比较.结果表明,三种模型都能较好反映射流规律,但计算数值与理论值和实测值有所差异,标准κ-ε模型的模拟效果最好.     

自激励旋进射流的流场及换热模拟

本文使用大涡模拟模型对自激励旋进射流的内部流场和冲击平板换热的温度场进行数值模拟,得到了不同进口Re数和不同膨胀比情况下的旋进射流的内部流场和冲击平板的温度场,并在此基础上分析了不同进口Re数和不同膨胀比对换热Nu数的影响.数值模拟表明,在本文所研究的进口Re数和膨胀比的变化范围内可以得到自激励旋进射流,射流对加热平板的冷却具有不对称的特征,Re数和膨胀比的增加对Nu数都有影响.     

两间隙毛细管等离子体射流发生器主放电数值模拟

 消融放电毛细管等离子体发生器产生的等离子体射流具有密度高和温度相对低的特性,在许多领域都具有潜在的应用前景。利用1维流体模型对两间隙毛细管等离子体射流发生器的主放电特性进行了模拟计算分析。模型考虑了焦耳热效应和管壁烧蚀对放电特性的影响。在管壁消融这种反馈稳定机制作用下,毛细管放电处于准稳态,其产生的等离子体温度在放电期间保持恒定。在放电能量为1 kJ的条件下,聚乙烯毛细管等离子体温度可达3 eV,电子密度可达1025 m-3量级,射流速度接近10 km/s。改变放电输入的焦耳热功率密度,等离子体温度和速度变化较小,但气压、质量密度以及等离子体电子密度等特性参数均可以获得较大幅度的改变。     

药型罩初始孔隙度对聚能射流行为的影响

 多孔材料药型罩由于其可压缩性,在压垮之前受炸药爆炸冲击压缩作用而使温度升高,为延迟射流的断裂时间提供了可能,估算了多孔材料药型罩压垮之前的冲击温升,并结合脉冲X光摄影研究了孔隙度对射流行为的影响。测试结果表明,一定的孔隙度范围内,射流的韧性随着孔隙度的增加而提高,射流直径随孔隙度的增加而变细。