环形燃烧室中凹腔对C2H4/Air旋转爆轰流场影响的数值模拟

为研究环形燃烧室中凹腔对旋转爆轰流场的影响,通过在开源计算流体动力学软件OpenFOAM框架内求解Navier-Stokes方程,对C₂H₄/Air旋转爆轰燃烧室（RDC）进行三维数值模拟研究。保持进气总压为0.6 MPa,分别在总温300 K、600 K和800 K条件下对比同轴圆环形和凹腔基环形两种构型RDC的主要流场特征,研究凹腔对旋转爆轰波传播特性的影响,定量分析不同热释放速率下消耗的燃料占比,对比了不同热释放速率下消耗的燃料比例。结果表明：对于凹腔基环形RDC,在凹腔内存在回流区,导致在凹腔上游流速缓慢,但在凹腔收缩段流动明显加速,RDC出口的面平均马赫数大于与之对应的同轴圆环形RDC;受燃料向RDC出口和凹腔内壁方向侧向膨胀的影响,相对于同轴圆环形RDC,爆轰波在凹腔基环形RDC中传播时具有更高的速度亏损;部分新鲜燃料与燃烧产物在凹腔内混合,提高了爆轰波波前反应物的温度;在相同进气条件下,同轴圆环形RDC以爆轰形式消耗的燃料占比更多。所得研究结果对RDC的结构设计和优化具有一定的指导意义。     

不同形状底凹结构对火炮弹丸飞行阻力影响研究

文中以改善火炮底凹弹的飞行阻力为目标,针对火炮弹丸不同底凹结构对减阻效果的影响展开研究.通过基于N-S方程的数值模拟,得到带底凹结构弹丸的绕流流场参数分布以及弹丸的气动阻力,讨论了相同底凹深度、不同形状底凹结构对弹丸流场、减阻效果的影响.研究发现,弹丸底部凹腔产生位于凹腔内的回流流动对底凹结构的减阻效果起决定性作用.研究的三种凹腔形状中,“收缩”形状的底凹结构有最小的气动阻力.     

气动光学效应研究中非定常流场模拟与分析

以凹腔类光学窗口气动光学效应问题为背景,基于混合层流动简化模型,采用大涡模拟(LES)方法开展高Re混合层非定常湍流场的精细预测,给出瞬时流场结构对光学传输效应的影响规律,目的为光学效应流场影响预测方法研究奠定技术基础。给出了数学模型及算法,并对其进行了讨论。     

固体燃料超燃冲压发动机燃烧室流动与掺混过程研究

针对固体燃料超燃冲压发动机燃烧室内不同凹腔结构的流场特性以及燃料与来流空气掺混效率进行了研完。总结了在不同结构燃烧室内流场特性,随着凹腔长深比的减少,凹腔内剪切层逐渐由偏向凹腔内部演变为偏向主流方向;同时对比燃烧室内有无凹腔结构时燃料与空气的掺混效率,说明凹腔结构对超声速气流下燃烧室内掺混效率的提高有明显的效果。     

凹腔对含硼固体火箭超燃冲压燃烧特性的影响

凹腔常用来增强超燃冲压发动机中空气与燃气掺混、提升火焰稳定性及燃烧效率,然而超音速燃烧室内的燃气流场特性依赖于凹腔结构及其分布。为优化凹腔结构及其分布,提升固体火箭超燃冲压发动机补燃室内的燃烧性能,采用数值方法计算分析凹腔长深比、后倾斜角对含硼固体火箭超燃冲压发动机燃烧特性的影响。计算结果表明：在凹腔长度不变时,取凹腔长深比分别为5.00、3.75、3.00、2.50、2.18、1.85、1.67,硼颗粒燃烧效率与比冲随着长深比减小先增大、后减小,在长深比为1.85时最大;当凹腔长深比为1.85、凹腔后倾角从90°变化到175°时,随着凹腔后倾角增加,硼颗粒燃烧效率增加,175°时燃烧效率最大,但其总压恢复系数及比冲最小,比冲在165°时最高。     

火炮弹丸底凹结构流场仿真及其减阻机理分析

针对火炮弹丸底凹结构的减阻效果展开研究,基于 N －S 方程求解,得到了底凹弹弹丸在超声速流场条件下的绕流流场参数分布以及弹丸的气动阻力,讨论了不同底凹深度对弹丸流场、减阻效果的影响,分析了底凹结构减阻机理;研究发现：位于弹丸底部的回流流动对底凹结构的减阻效果起决定性作用;在超声速条件下,底凹结构越深,底凹弹气动阻力越小。     

迎风凹腔——一种有效的高超声速飞行器热防护选择

介绍了凹腔热防护方案的结构特征,阐述了在高超声速流场中放置迎风凹腔的初衷,综述了该结构作为高超声速飞行器热防护方案的发展与研究现状,论述了迎风凹腔结构的防热机理,分析了迎风凹腔防热的特点与不足。在此基础上,探讨了迎风凹腔热防护的发展方向。     

支板-凹腔组合结构对煤油混合的数值分析

为研究超声速燃烧室的混合特性,采用离散相模型对带有支板-凹腔组合结构的煤油超燃冲压发动机燃烧室进行了数值模拟,分析了凹腔长深比和凹腔后缘倾角变化对煤油混合特性的影响.计算结果表明,大长深比的凹腔构型增大了燃料的穿透深度,拓宽了煤油与空气的接触面积,从而使混合效率增加.后缘倾角为30°的凹腔较后缘倾角为45°的凹腔更容易卷吸主流中的燃料,增加燃料与凹腔内气体的质量交换.     

环形腔对燃气弹射初容室二次燃烧影响数值研究

为了研究环形腔对燃气弹射初容室内二次燃烧的影响,采用RNG k-ε湍流模型、有限速率/涡耗散燃烧模型和域动分层动网格技术,建立了考虑导弹尾罩运动的初容室二次燃烧流动模型。在与无环形腔弹射装置实验数据对比验证的基础上,数值研究了有/无环形腔和环形腔不同开口方向初容室流场、弹射内弹道和载荷变化规律,分析了环形腔降低二次燃烧冲击的机理。结果表明：从流场结构来看,增加环形腔结构改变了燃气流扩散方向,减小了燃气与空气的接触面积;含有环形腔流场增加的回流区域降低了尾罩底部二次燃烧产生的压强峰值。从内弹道角度来看,与无环形腔相比,环形腔开口向上时,导弹加速度变化平缓,出筒速度减小5.9%,出筒时间推迟4.5%.     

双凹腔开口先进旋涡燃烧室燃烧特性研究

为了确定先进旋涡燃烧室后钝体开口结构参数(开口角度100°、开口尺寸2 mm)下燃烧室最佳匹配长度,通过研究燃烧室长度对燃烧效率、出口温度分布及出口径向温度分布的影响,得出燃烧室最佳匹配长度为800 mm。在此结构基础上,增加第三钝体形成双凹腔AVC(advanced vortex combustor),对其燃烧流场进行数值模拟,结果表明当第二凹腔长度L2及第三钝体开口尺寸L3满足L2/L1=1.2,L3/H=0.6时双凹腔开口AVC具有流场流动性好、燃烧稳定性好、温度分布高等优点。     

先进旋涡燃烧室钝体结构参数选择的数值分析

为确定先进旋涡燃烧室前后钝体结构参数的最佳匹配关系,运用数值模拟方法对不同钝体结构参数影响下的燃烧室冷态流动进行了研究。结果表明,模型Ⅰ中的钝体布置方式具有较好的流动特性,且当钝体结构参数当量比为H1/H2=0.7、S/H1=0.6时,凹腔内旋涡稳定性高,燃烧室总压损失系数小;AVC结构参数的选择不能完全照搬TVC稳定驻涡形成结构关系式,需要区别对待。     

某突击炮炮口流场数值模拟研究

为研究突击炮发射时对炮口周边远、近场响应的影响,进行了某突击炮炮口流场数值模拟与分析。针对突击炮发射穿甲弹的高初速、高炮口压力特点,采用可压气体黏性流动的Navier-Stokes方程,建立炮口流场模型,采用Spalart-Allmaras湍流模型,应用Roe-FDS格式,结合动网格技术,在内弹道参数求解的基础上,进行突击炮炮口流场数值模拟。数值模拟结果得到了突击炮炮口冲击波超压分布与扩展特性,及炮口流场温度分布情况。炮口冲击波在远场的传播主要呈现衰减趋势; 在近炮口区域,受到膛内喷出射流的能量补充及强烈的相互作用,形成超压值较高的近场特性。研究结果对揭示突击炮炮口流场特性,预测炮口冲击波对装备与作战人员的危害具有参考价值。     

喷水推进器斜流模型泵级内部流场与性能的研究

采用数值计算和性能测试的方法,研究了喷水推进器斜流模型泵级的性能和内部三维紊流流场。针对泵级的进口到喷水推进器的出口进行计算,包括叶轮、导叶和喷口的全流道区域。采用结构网格对计算区域进行剖分,应用NUMECA软件对控制方程进行求解。选用k-e双方程紊流模型,使用时间推进法计算流场中的各流动参数,并根据流场计算结果对泵级的流量一扬程特性和流量一效率特性进行预测。测试了泵级的外特性。实验测试和计算结果较一致,说明采用的计算方法具有较好的可信性及较高的计算精度。根据流场计算结果,对泵级的性能进行分析,提出了进一步改进泵级性能的技术措施。     

一种改善内埋式弹舱气流特性的方法

为改善内埋式弹舱流场特性,采用具有倾角的弹舱后壁。数值模拟同一来流情况下不同后壁倾角舱内的流场,分析不同后壁倾角对弹舱流场特性的影响。研究结果表明:采用带后壁倾角的开式空腔,其空腔流动类型仍为典型的开式空腔;随着后壁倾角的增大,能有效改善舱内流动特性。     

双凹腔超紧凑型涡轮级间燃烧室数值模拟

为了提高超紧凑型涡轮级间燃烧室在航空发动机的应用范围,文中在常规超紧凑燃烧室上引入驻涡燃烧,提出了一种双凹腔燃烧室.利用CFD技术对双凹腔燃烧室的三维两相流场和燃烧进行了数值模拟.结果表明:总压损失低至2.81％,燃烧室效率高达99.7％,气体温度提高685.7 K;出口径向温度随无量纲高度呈线性分布.与常规超紧凑燃烧室相比,双凹腔驻涡燃烧室具有更高的燃烧效率、出口温度和更低的总压损失.     

高速旋转侧喷流场数值分析

为了研究高速旋转侧喷流动特性,以旋成体弹丸为模型,采用隐式有限体积TVD格式,结合高雷诺数两方程κ-ε湍流模型,对高速旋转侧喷三维流动进行了数值模拟.计算结果获得了清晰的流场图谱.进行了无旋转与高速旋转情况下弹丸侧喷流动波系结构的对比和分析,表明高速旋转对弹丸侧喷流场的侧向流动及底部流动均形成了一定干扰,高速旋转导致侧喷流顺旋转来流方向倾斜,并使其对弹底流动的影响减弱,弹丸空气动力特性中的波阻变化不大,底阻有所减小.其结果为高速旋转侧喷干扰流动研究提供了重要的理论基础.     

高速水下航行体超空化通气参数数值研究

超空化技术是水下航行体减阻增速的一种重要方式。通过求解N-S方程,利用两方程湍流模型和全空化模型对通气空化流场进行了数值模拟,研究了通气参数对空化流场结构的影响,揭示了通气超空化减阻机理和场内流动状况,分析了超空化航行体阻力特性,数值结果表明供气量是决定空泡形态和超空化航行体减阻效果的最关键因素,供气位置和方向对空泡形态及水动力特性的影响并不显著。     

类X-51A飞行器巡航状态气动与燃烧流场特性分析

以类X-51A 高超声速飞行器为研究对象,重构了其机体外形及内部超燃冲压发动机的一体化模型,并通过数值方法研究了该目标巡航状态下的气动与燃烧耦合流场特性。数值分析结果表明:类X-51A 飞行器高压区主要集中在机体头部、进气道压缩段、进气道入口侧壁及尾翼前缘,且内部燃烧室的总体压力显著高于机体表面的;燃烧室内靠近两侧壁面的喷孔燃料喷注深度高于中间喷孔的,下游喷孔喷注深度高于上游喷孔的,凹腔附近喷孔喷注深度高于无稳焰结构的壁面喷孔的;燃烧产物羽流长度超过50 m,且持续向机体上方发生偏移。计算结果可为类X-51A 及相关飞行器红外探测与目标识别等技术提供流场数据参考。     

轴对称凹腔燃烧室点火影响因素的试验研究

对采用凹腔作为火焰稳定器的亚燃燃烧室进行了点火试验研究.通过考察不同的凹腔结构及其组合方式、煤油喷注方式,分析了凹腔大小、火焰的轴向、周向传播对点火性能的影响.结果表明,点火瞬间的凹腔有效储能大小来源于轴向容积比率;凹腔内的轴向火焰传播是火焰发展的主要机制;在凹腔前方壁面以使喷油能使凹腔内维持合适的燃油浓度分布,是可靠点火的前提.     

高压电磁阀性能优化仿真分析

高压电磁阀主阀背压腔进气和排气的流量影响高压电磁阀启闭特性。通过对高压电磁阀进行局部流场分析,计算了主阀受力影响;用AMESim建立仿真模型,分析了高压电磁阀动态特性。通过分析计算,提出主阀背压腔进气量化控制措施,达到了稳定的控制效果。