孔口倾斜角对合成射流控制翼型流动分离的影响

通过商用计算流体力学软件Fluent 6.1求解Reynolds平均Navier- Stokes方程，研究了孔口倾斜角对合成射流激励器处于NACA0015翼型回流区时（20°攻角）控制分离剪切层的影响。结果表明：在孔口倾斜角为309时，即吹气方向顺流向贴近壁面时，合成射流激励器控制翼型背风区分离剪切层的能力增加，合成射流对翼型的控制达到最佳效果；升力系数较垂直射流控制时增加5%，而阻力系数降低15%．通过对翼型气动力特性、脱落漩涡结构以及射流孔口附近流动结构的分析，揭示了小的孔口倾斜角下控制效果提升的内在机制。     

绕锥头回转体通气超空化流场结构研究

采用实验与数值计算的方法对绕锥头回转体通气超空化流场结构进行研究。为捕捉通气空化空泡区域内复杂的旋涡结构,数值计算采用滤波器湍流模型;为更加细致地描述空泡区域内的流场结构,应用欧拉和拉格朗日两种分析方法对空泡区域的流场进行分析。研究结果表明：超空化形成以后,从通气孔出流的气体沿着水气相交界面向空泡尾部流动,到达空泡尾流区后,部分气体直接脱离空泡区域向下游发展,部分气体在反向射流的作用下补充到空泡区域内部;原本存留在空泡中前部的气体在空泡内部做不规则运动,不能脱离空泡区域;空泡尾流区的部分流体脱离空泡区域形成脱落空泡团,部分流体在反向射流的作用下在空泡区域作旋涡运动。     

仿鲨鱼鳃部射流减阻特性的仿真研究

针对鲨鱼鳃部射流表面流场特性针对鲨鱼鳃部射流表面流场特性建立了基于鲨鱼鳃部特征的仿生射流模型,采用数值模拟方法,在主流场入口速度为3 m/s、射流速度为0.02~1 m/s条件下,研究仿鲨鱼鳃部射流的减阻特性、分析其减阻机理。研究结果表明：当射流速度u＞0.1 m/s时,仿鲨鱼鳃部射流具有减阻效果,且减阻率随射流速度增大而增大。仿鲨鱼鳃部射流通过影响摩擦阻力和压差阻力改变减阻特性。仿鲨鱼鳃部射流对摩擦阻力的影响机理为：射流出口下游流场黏性底层增厚、速度梯度降低;同时形成反向旋涡,使流场存在稳定的大涡结构,降低了湍流脉动对壁面的作用。对压差阻力的影响机理为：射流速度作为一种附加动力,对压差阻力产生抑制效应,导致了模型压差阻力的下降。     

潜航飞行体深水超音速气体射流的流动稳定性研究

深水固体火箭推进系统的可靠性和稳定性决定了整个潜航飞行体的弹道精度和飞行稳定性,其工作过程为典型的水下超音速气体射流流动过程。通过建立二维平面垂直射流几何模型,采用分离涡湍流模型仿真分析了深水条件下超音速气体射流的形貌拟序特征以及流场参数的不稳定振荡特性,对水下推进系统推力振荡现象产生的基本流动机理进行了分析。结果表明：水下超音速气体射流尾流存在高频小幅振荡,同时伴随间歇大幅振荡,这种现象与气体和水湍流混合以及中心气路激波系的不稳定运动有关;中心气路激波系的不稳定运动以及失稳重建过程会导致尾部空间压强的剧烈振荡,最终造成推力的不稳定振荡。通过对推力振荡特性的分析发现：水深越深,推力振荡幅值越大、振荡频率越高;喷管出口壁面直径越大,推力振荡幅值越大、振荡频率越高。     

不同攻角下绕平头回转体初生空化流动特性研究

为了分析近壁面流场结构对附着型空化初生特性的影响规律,通过数值模拟方法开展不同来流攻角条件下绕平头回转体初生空化的形成及流动特性研究。采用均质两相流模型并耦合大涡模拟(LES)方法和Zwart空化模型,对绕平头回转体初生空化进行数值模拟。研究结果表明：LES方法 可以较好地模拟绕平头回转体的初生空化流动,计算得到的空穴形态及其随时间的演变过程与实验结果基本一致;各攻角条件下的初生空穴均呈不规则的团泡状,不对称地分布在回转体肩部的分离涡区域内;随着攻角增大,回转体迎流区域的初生空穴分布范围逐渐减小,背流区域的初生空穴分布范围逐渐扩大;初生空穴的分布规律与时均分离涡结构紧密相关;随着攻角增大,迎流面分离涡尺度逐渐减小并向回转体头部及壁面移动,背流面分离涡尺度逐渐增大;大攻角条件下,在回转体背流面的分离再附着点附近出现二次分离现象,促使初生空化在此处形成。     

细长体的最大侧向力和伴随的偏航力矩

本文提出一个方法,用来确定不可压流中大攻角细长体在有效横流雷诺数10~4～10~8的范围内,由旋涡引起的最大侧向力和伴随的偏航力矩。利用垂直于气流圆柱上的三维非定常气流分离相似,得到旋转细长体由定常旋涡引起的最大侧向力的边界。可以看出,在临界有效雷诺数的范围内,当弹体的一侧发生亚临界分离,而另一侧发生超临界分离时,旋涡引起的侧向力最大。尽管,该方法只适用于仅存在单个不对称旋涡的弹体,但可以把它推广,提供一个基本的积木法,来确定受不对称多涡对影响的,长弹体的方向稳定性边界。     

边界形状对气液相互作用过程的影响

为了控制整装式液体发射药火炮燃烧稳定性,针对渐扩形和矩形药室结构,利用高速摄影方法,观察了气体射流在液体中的扩展过程,获得了泰勒空腔的扩展速度.在实验基础上,建立了舍能气体射流在液体工质中扩展的二维模型,利用FLUENT软件对非稳态气体射流与液体工质相互作用的过程进行了模拟,获得了气体射流场等温线、等压线和等密度线分布图,分析了边界形状对射流扩展特性的影响.数值模拟结果表明,对于渐扩形边界,气体射流扩展到台阶处有旋涡出现;在相同条件下,矩形边界与渐扩边界相比,气体射流轴向扩展速度大,而径向扩展速度小.计算结果与实验结果吻合较好.     

带有辅助注气的喷管喉道面积控制方法研究

利用数值模拟方法,针对轴对称喷管,研究了主射流对辅助射流的影响,以及主射流流量、辅助注气缝宽度等参数对喷管流动和性能的影响规律。数值模拟结果表明,与普通喉道注气相比,喉道辅助注气可以在喉道下游产生更大的射流穿透深度和回流区,具有更好的喉道面积控制效果。随着主射流流量增大,喉道辅助注气流量逐渐增大,有效喉道面积逐渐减小。主射流流量较大时,可以形成开放的回流区,使喷管实际的膨胀比减小,提高喷管的推力性能。     

超燃冲压发动机进气道内流特征及性能数值模拟

为研究不同来流马赫数、进气道出口反压、攻角以及壁面温度等参数对进气道内流特征及性能的影响,利用Fluent软件对超燃冲压发动机进气道内流场进行数值模拟.结果表明,来流马赫数小于设计马赫数时,产生溢流,且马赫数越小,溢流越大;随着反压的增大,进气道隔离段下游有明显激波串形成且不断向上游推进,导致总压恢复系数减小;攻角对进气道性能的影响与来流马赫数的影响具有一定的相似性;壁面冷却对进气道附面层发展及入口处分离包的形成有着重要的影响.     

旋转管状装药固体火箭发动机燃烧室流动特征

采用RSM湍流模型计算了某管状装药旋转固体火箭发动机在不同转速情况下燃烧室-喷管统一流场,分析了不同转速情况下燃烧室燃气流动特点,得到了燃烧室内旋流速度分布趋势以及涡核半径在不同转速情况下的变化规律,分析了燃烧室前封头处局部区域的流场结构,结果表明燃烧室内燃气切向速度分布类似于Rankine组合涡分布;旋涡涡核半径最小处在前封头临近区域;发动机转速增大,发动机内形成"准固体"区,其旋转角速度远大于发动机旋转角速度.     

超声速横向气流中射流破碎过程的数值研究

基于流体体积函数（Volume of Fluid,VOF）方法对超声速横向气流中射流破碎过程进行数值模拟,通过与国内外实验对比,验证了该方法捕捉液柱轨迹的准确性和模拟气相流场的可靠性。针对基准工况以及不同动压比工况下超声速横向气流中射流破碎过程的计算,结果表明：高频的周期不稳定波在液柱破碎中起主要作用;液体射流与超声速横向来流存在强相互作用,形成弓形激波、分离激波以及激波交错的复杂激波系;当动压比升高时,液柱沿流向破碎点位置几乎无变化,而液柱破碎点位置的穿透深度明显增加。     

遭毁伤聚能战斗部射流成型行为

针对遭毁伤聚能装药射流成型行为及其终点效应问题,采用AUTODYN-3D软件研究了侵孔位置、侵孔深度和侵孔直径对射流径向速度及其侵彻能力的影响特性。结果表明:侵孔导致射流径向速度明显增大且射流偏离轴线甚至提前断裂形成碎片,严重降低了其对靶板的侵彻能力,同等条件下,侵孔直径d=0.278倍装药直径的聚能装药比完好聚能装药对靶板侵深降低了24%;射流径向偏移速度主要受侵孔位置和侵孔直径的影响,随着侵孔到药型罩顶距离的减小,射流径向速度显著增大,同时对靶板侵彻深度也越小,x=0倍装药直径时,射流径向速度达19.0 m·s~(-1);射流径向速度随侵孔直径的增大而显著增大,d=0.278倍装药直径时,射流径向速度达41.1 m·s~(-1)。     

水间隔装药孔壁爆炸应力分布规律

在隧道掘进过程中采用水封爆破时,水介质长度对爆破效果具有重要影响。为得到水间隔装药孔壁爆炸应力分布规律,采用Starfield迭加法将应力波的衰减和迭加考虑在内,推导孔壁受到的应力变化情况,并利用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对计算结果进行模拟验证。结果表明：在炸药和水介质交界处孔壁受到的应力最大,随着到交界处距离的增加,爆炸应力以指数函数的形式衰减;采用等效间隔起爆方式对不同药量的爆炸过程进行模拟,水间隔段孔壁爆炸应力模拟值和理论值衰减规律一致,二者在相同位置的应力误差保持在10%左右,同时水间隔段孔壁指定点受到的总应力随着药量的增加而增大;采用Starfield迭加法获取水间隔段孔壁爆炸应力的计算公式是合理的,能够为水封爆破的应用提供参考。     

细长弹体横向超音速喷流数值模拟

采用AUSMDV迎风格式空间离散三维定常可压缩NS(Navier-Stokes)方程组,数值模拟了带有横向超音速喷流的尖拱弹体流动。分析了干扰流场涡结构、波系结构以及干扰流场对弹体气动特性的影响,给出了物面极限流线图谱。结果表明,喷流上游的高压区与下游的低压区产生附加的气动力,将物面压力分布与试验结果进行比较,二者具有较好的一致性。     

射流与有约束横流的湍流混合的数值模拟

对多股射流与圆柱管中的横流湍流混合的三维流场进行了数值模拟。结果显示，在有约束的横流中射流的发展可发成三个区。三维流场与二维流场有很大的区别，射流下游没有预测到回流区。射流与主流的动量流率比对射流的喷入深度有很大的影响。     

环形射流和中心爆炸成型弹丸组合战斗部对混凝土墙的破孔特性

为解决墙体大孔径开孔问题,设计了一种可以对混凝土墙体形成较大开孔的环形射流和中心爆炸成型弹丸（EFP）组合战斗部。针对环形射流成型过程中容易发生扭曲偏斜的问题,提出了变壁厚环形药型罩,通过两个偏心圆来实现环形药型罩的变壁厚,并用偏心距来决定壁厚变化的梯度。通过数值模拟,对4种不同壁厚变化梯度的环形药型罩成型过程进行分析,研究环形射流和中心EFP组合战斗部对混凝土墙体的破孔特性,得到壁厚变化梯度对环形射流形态的影响规律,确认最优的环形药型罩结构,保证环形射流具有良好的密实度和形态的同时也具有一定的外扩角度。试验验证了组合战斗部的破孔能力,结果显示组合战斗部可以对混凝土墙体形成直径大于2.5倍装药口径的通孔。     

偏导射流伺服阀前置级流场特性研究

建立偏导射流伺服阀前置级流场精确且完整的数学模型,对伺服阀先导级设计和研究有着重要作用。将射流过程分为初次射流、偏导板压力恢复、二次射流、接收口压力恢复4个阶段,在前置级二次射流过程中分别采用不同理论模型来构建前置级流场完整的数学模型,对射流形态的演变过程进行了描述。分析发现,油液射流进入前置级流场与偏导板侧壁发生撞击,流动形态发生改变,一部分油液沿侧壁反向流出偏导板,另一部分油液流速降低在下游形成高压区。油液流出偏导板时受到分流器的作用,分别流入不同通道。根据节流模型流量和压力特性公式求得了压力增益,并建立起负载压力与偏导板偏移量之间的数学关系。数值模拟过程中,采用不同湍流模型对前置级流场压力分布进行了分析。通过数值模拟仿真结果、外特性实验结果与射流模型计算结果的比较和分析,验证了该模型描述射流特性的有效性和合理性。