微重力条件下气固两相界面耦合燃的数值模拟

在建立气固两相界面耦合燃烧计算模型的基础上，对微重力条件下火焰在固相可燃物表面的蔓延过程进行了三维非稳态数值模拟，考虑气相燃烧过程的同时，对固相可燃材料也用有限差分法研究其内的传热和热解过程，给出体现两相耦合作用的相界面处理方法，还研究了强迫流动对微重力火蔓延的影响，为了分析对比，进行了正常重力条件下的计算，数值模拟得了重力燃烧的一些基本特点，结果令人满意。     

微重力条件下三维瞬态传热过程的数值分析

研究了微重力条件下固体表面受到外界热辐射作用时的三维瞬态传热过程。气相采用六通量辐射传热模型，通过求解三维非稳态的Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程得到气相流场。固相给出了半无限大固体受到热辐射作用时的表面温度精确解。数值计算时，两相进行耦合迭代求解，结果表明，微重力大小对传热和流动过程有显著影响，它决定着热膨胀、自然对流和强迫流动三者对传热过程影响的相对大小。     

气固两相自由射流燃烧的数值模拟

采用修正的k—ε湍流模型，利用k-ε-kp气固两相模型和EBU—Arrhenius燃烧模型模拟了不同工况下煤粉气固两相自由射流燃烧的过程。在SIMPLE计算程序的基础上编制了计算气固燃烧程序。由冷态气相场开始，计算了冷态颗粒场，热态气相场和热态颗粒场，其中包括了两相间的耦合及迭代过程。对冷态和热态气相和颗粒相湍动能进行了比较。模拟结果表明，为保证燃烧的充分进行，在一定的颗粒浓度下，应保证自由射流的入口速度。     

往复式多孔介质超绝热燃烧中辐射传热有限体积法

对多孔介质中的往复式超绝热燃烧（简称为RSCP）进行了二维数值模拟，采用辐射传递的有限体积法求解了固相能量方程中的辐射源项．研究了预混气体流速、当量比和换向半周期等主要操作参数对RSCP系统中的温度分布、放热率、辐射热流量和辐射效率的影响，结果表明，有限体积法可以实现光学厚介质的非表面辐射流场与燃烧反应的耦合计算；RSCP燃烧器内部温度场呈典型的梯形，辐射热流近似正弦分布；在相同操作条件下，与常规多孔介质预混燃烧相比，RSCP燃烧器有更好的热结构和更高的辐射效率。     

气—液两相瞬变流的流固耦合研究

论述了国内外气-液两相瞬变流流固耦合的研究成果及现状，阐述了气-液两相瞬变流的流动规律和流固耦合研究的各种方法。评述了气-液两相瞬变流、流固耦合等方面的理论模型和数值计算方法，并对不同模型和数值方法进行了比较和分析。指出了目前两相瞬变流流固耦合研究中存在的问题，预测了流固耦合研究的方向应为两相流体瞬态时的流固耦合实验研究和耦合模型的数值计算方法研究。     

前置液流变性对顶替界面稳定性影响的数值模拟

借助计算流体力学（CFD）软件FLUENT6．20，对环空井筒内水泥浆顶替过程进行了数值模拟，模拟环空井筒外径0．24m、内径0．18m、高8m。在顶替速度为0．4m／s、偏心度为0.4的条件下，计算得到了顶替界面形状以及前置液流变参数屈服应力、稠度系数和流性指数对顶替界面稳定性及顶替效率的影响规律，并对数值模拟结果进行了实验验证。数值模拟结果表明，降低前置液的屈服应力、稠度系数及流性指数有助于提高水泥浆和前置液之间界面的稳定性和顶替效率。固井设计时要考虑界面的稳定性，对前置液流变参数进行调整。     

强激光驱动微颗粒高速冲击下铝合金材料的动态力学行为

微颗粒冲击条件下铝合金材料的动态力学行为研究，对保障铝合金部件在极端环境下结构设计和安全防护性能至关重要. 针对2024铝合金材料，采用强激光驱动微颗粒高速冲击实验和数值模拟，研究其微弹道冲击行为. 首先通过强激光驱动微颗粒冲击实验，获得了常温条件下冲击过程中微颗粒的能量损失与铝合金板材冲击的局部变形行为，并对有限元模型进行了验证；基于相场动力学模拟，获得了接近熔点温度的固液共存铝合金的微结构特征，并建立了流固耦合计算模型，给出了不同温度下铝合金材料的冲击能量耗散特性、应力分布规律与变形失效行为. 数值模拟结果表明，动态加载下固液共存态铝合金中的流固耦合效应对铝合金的宏观动态力学行为有重要影响；固液共存铝合金材料的吸能效率更低，且由于固相枝晶的相互作用，使应力的传递路径发生明显变化.      

分解炉计算机辅助实验平台的研究与开发

采用Visual C 与OpenGL编写分解炉计算机辅助实验平台的前、后处理的可视化界面，采用Fortran编写求解器部分，将数值模拟过程与计算机可视化研究相结合，建立基于分解炉内气固两相流动、煤粉燃烧和碳酸钙分解的计算机辅助试验平台，为研究实际工程中分解炉内的物理化学过程提供了一种可视化的平台．     

湍流粉煤燃烧和稳定性的数值模拟

对炉内粉煤两相湍流燃烧过程作了数值模拟，计算结果与实验数据较为吻合．同时，用气相燃烧的火焰稳定性模型对煤粉燃烧的火焰稳定性作了初步分析，并与实验结果进行了比较     

气液两相瞬变流的流固耦合研究

论述了国内外气液两相瞬变流流固耦合的研究成果及现状 ,阐述了气液两相瞬变流的流动规律和流固耦合研究的各种方法。评述了气液两相瞬变流、流固耦合等方面的理论模型和数值计算方法 ,并对不同模型和数值方法进行了比较和分析。指出了目前两相瞬变流流固耦合研究中存在的问题 ,预测了流固耦合研究的方向应为两相流体瞬态时的流固耦合实验研究和耦合模型的数值计算方法研究。     

木材燃烧火焰传播的实验研究

借助于实验的方法,对木条燃烧火焰的传播进行了研究,获得若干有益的结论。在大量实验的基础上,总结出火焰传播速度随空间方位、几何尺寸及环境温度变化的经验公式。     

Experimental and LES investigation of flame propagation in a hydrogen/air mixture in a combustion vessel

This work presents an experimental and numerical investigation of premixed flame propagation in a hydrogen/air mixture in a closed combustion vessel. In the experiment, high-speed schlieren video photography and pressure sensor are used to examine the flame dynamics and pressure transient. In the numerical study, a large eddy simulation （LES） based on a RNG sub-grid approach and a LES combustion model is applied to reproduce experi- mental observations. The effects of four physical phenomena on the burning velocity are considered in the combustion model, and the impact of grid type on the combustion dynamics is examined in the LES calculations. The flame experiences four stages both in experiment and LES calculations with structured and unstructured grids, i.e., spherical flame, finger-shaped flame, flame with its skirt in contact with the sidewalls, and tulip-shaped flame. The flame speed and pressure in the vessel develop with periodical oscillations in both the experiment and LES simulations due to the interaction of flame front with pressure wave. The numerical simulations compare well with the detailed experimental measurements, especially in term of the flame shape and position, pressure build-up, and periodical oscillation behaviors. The LES combustion model is successfully validated against the bench-scale experiment. It is put into evidence that mesh type has an impact to a certain extent on the numerical combustion dynamics, and the LES calculation on structured grid canpredict the flame dynamics and pressure rise more accu- rately than that on unstructured grid with the same mesh resolution. The flame shape is more asymmetrical in the LES on an unstructured grid than that on a structured grid, and both the flame speed and the pressure rise at the later flame stage are underestimated in the LES on the unstructured grid.     

固体工质电热化学炮膛内两相流模型与计算

该文建立了固体工质电热化学炮（SPETCG）内弹道一维两相流模型。对常规火炮两相流模型的主要改进包括：在初期点火阶段,建立了描述等离子体射流分布的积分近似数学模型;在燃烧阶段,引入了描述等离子体射流的混合长度模型和燃烧增强因子。并且考虑了高温等离子体环境对相间换热的强化效应。根据SPETCG环境中等离子体射流注入特点,在计算网格设计中引入了自适应方法。通过与常规弹道作比较,指出了SPETCG内弹道过程与常规弹道不同的特点,为SPETCG的弹道设计提供了理论依据。     

相连容器中粉尘爆炸的火焰传播

采用实验和数值模拟相结合的方法对相连容器中玉米淀粉粉尘爆炸的火焰传播行为进行了研究.实验装置为通过长管相连接的两个容器,爆炸在一个容器中引发后通过管道传播到另一个容器中.采用欧拉-拉格朗日方法模拟粉尘爆炸的两相流问题,气相湍流模型采用k-ε模型,粒子燃烧模型考虑了水分蒸发、挥发分分解、气相反应和粒子的表面反应,气相湍流燃烧模型采用涡旋破碎-阿累尼乌斯模型,数值求解采用算子分裂方法和FCT格式.仿真结果揭示了火焰在长管中的加速行为,计算结果与实验结果符合得较好,表明所采用的模型可以很好地应用于粉尘爆炸火焰传播的研究.     

凝析油气体系流固耦合相平衡计算新方法

在分析了孔隙介质内表面吸附、毛细凝聚、毛细管压力等界面物理化学效应和应力变形对孔隙介质中流体相态影响的现象学特征和影响机制的基础上,通过在大尺度空间常规流体相平衡热力学模型中引入界面物理化学效应的影响,同时通过高才尼卡尔曼方程将毛细管半径与孔隙介质储渗特性的应力敏感性研究成果相关联,建立了同时考虑储层应力变形和界面物理化学效应影响的微孔隙尺度条件下的低渗特低渗凝析气藏多相流体流固耦合露点压力、pT相图及定容衰竭相平衡热力学计算模型。该模型的初步应用表明,其相态模拟计算结果能更为合理地解释孔隙介质环境中的凝析油气体系相态特征实验研究结果。     

垂直管道中固液两相流动摩擦损失

本文运用两流体模型,提出计算垂直管道中固液两相流动摩擦损失的“双向”耦合数值方法。通过数值计算,研究固相颗粒直径、密度、浓度和液相速度对摩擦损失的影响。计算结果表明,摩擦损失随固相颗粒直径、密度、浓度和液相速度的增大而增加。本文的计算结果与试验值基本吻合。     

膛内燃烧与力学环境物理仿真技术研究

该文研制了发射装药膛内燃烧与力学物理环境仿真装置及其测试系统。用“探棒”测试获得了径向不同位置火药气体压力，解决了药室内同截面不同径向压力测试问题，用光纤测试获得了火焰膛内的传播过程，用弹底压力传感器获得了弹底药床被点燃前药床所处力学环境。多次试验再现并测试获得了膛内燃烧与力学环境。为发射药床膛内燃烧与力学环境和发射装药发射安全性定量研究提供了新方法。     

随机堆积床内甲烷/空气预混燃烧过程的数值模拟

通过离散元软件LIGGGHTS重现球体的重力堆积过程,建立三维随机堆积床几何模型.利用大涡方法结合双温度模型以及EBU-Arrhenius燃烧模型,模拟了甲烷/空气预混气体在堆积床内预混合燃烧过程.通过将模拟结果与实验数据对比验证了模型的有效性,在此基础上对随机堆积床内部的火焰分布结构、火焰面形状及温度分布规律等进行了分析.模拟结果表明:在燃烧后期,堆积床内的小球温度要高于同一高度上气体的温度,这体现了多孔介质良好的蓄热能力;壁面与轴线间的火焰面高度差远远小于无多孔介质的管内燃烧情况,表明随机堆积床可以通过分割火焰来提高燃烧的均匀性和稳定性.     

混凝土流场的简易化拟流固两相模型

针对组成复杂的混凝土流固多相流体建模及求解的难题,提出简易化拟流固两相流场的数值模拟方法.即将混凝土中颗粒物(石子与沙砾)近似处理成拟流体相,在欧拉欧拉模型的基础上,两相拥有各自的动量方程和连续方程以求解,相间通过压力相、体积系数和液面交换系数耦合,实现了对组成复杂的混凝土多项流体的简易化拟流固两相流场数值模拟.将此模型用于混凝土搅拌运输车搅拌筒数字化设计过程中,为提高搅拌性能提供了定量化、可视化的设计模型.同时,通过实验结果,间接验证拟流固两相模型的正确性.     

短舱管路接头耐火试验数值仿真预测

防耐火性能是航空发动机零部件满足适航要求的基本指标之一,在短舱火区内输送可燃液体的管路是其中的关键考核部件。为预测短舱管路耐火试验结果,评价管路接头火焰耐受性能,提出了开展标准火焰燃烧仿真获取第三类边界条件,通过管路流热耦合换热获取传热稳定后的流体域及固体域温度场,作为热边界条件进行结构变形分析考察管路接头接触状态的数值分析方法。通过直管火焰冲击试验及管路接头耐火试验对相关结果进行了验证。结果表明：出口管路温度预测结果误差小于3%,管路接头泄漏预测结果与试验结果一致。