基于CFD的两栖车辆阻力和浮态数值模拟

运用fluent软件,基于计算流体力学(CFD)理论知识,对两栖车辆水上行驶阻力和行驶浮态进行了数值模拟。重点介绍了混合网格的划分方法,对模拟结果和实验结果进行了对比分析。模拟结果和实验结果基本吻合,从而论证了用数值模拟方法对两栖车辆的水上性能模拟研究的可行性。     

螺旋桨梢涡流场的DES模拟

文章应用分离涡模型（DES）对螺旋桨尾流中梢涡流场分布进行了数值研究。为准确模拟螺旋桨梢涡流场的信息,应用全六面体网格对螺旋桨计算域进行网格划分,通过迭代计算确定螺旋桨梢涡涡核的位置。为避免数值离散误差,对梢涡区域进行了网格加密处理。为了研究螺旋桨梢涡空间形态,文中采用涡核识别的“Q准则”,对螺旋桨梢涡等值面进行定义。计算结果表明,该文建立的尾流中梢涡流场分布数值模拟方法能够准确预报出螺旋桨梢涡流场的分布及涡核形状,与实验测量结果相符。     

潜射导弹垂直发射非定常空泡仿真研究

采用数值模拟方法对潜射导弹模型垂直发射水下过程进行仿真,研究变速状态下导弹模型的空泡特性。仿真中采用Mixture多相流模型、Singhal空化模型、RSM湍流模型,并结合动网格技术、6DOF技术,实现了考虑自然空化和流场弹道耦合计算的弹体模型水下变速仿真,并与文献实验结果进行对比验证。结果表明:基于Mixture、Singhal、RSM模型以及动网格、6DOF技术下建立的3D模型,仿真计算的弹体肩部主空泡特性与实验吻合较好。     

基于物质点法的弹体侵彻靶板破甲特性数值模拟

[目的]针对有限元法处理弹体侵彻船用钢板时因网格畸变而无法准确模拟破口破坏形态及其形成的动态过程的问题,[方法]采用基于物质点法(Material Point Method,MPM)构建弹体侵彻舰船板壳结构的数值仿真模型,模拟弹体在侵彻过程中的破甲特性。将在不同初速度下侵彻5和10 mm厚靶板后的破口及塑性变形模拟结果与实验结果进行对比,以验证所提方法的有效性。[结果]结果表明:物质点法的模拟结果与实验结果吻合较好;弹体侵彻靶板的破口以及塑性变形区基本保持不变,且破口略大于弹体直径;弹体对靶板的破坏属于冲塞形式的穿甲破坏;半球形弹体以低、中、高的速度侵彻舰船外壳的靶板破坏形式属于冲塞破坏模式,速度大小对靶板的破口影响不大,而对靶板破口处隆起的高度影响较大。[结论]所提数值方法可为研究导弹侵彻舰船板壳提供新的有效途径,计算结果可为舰船结构的防护设计提供参考依据。     

侵彻数值仿真中网格密度对单元失效应变影响分析北大核心CSCD

[目的]旨在解决数值模拟平头弹对金属板的侵彻问题中,网格尺寸对单元失效应变取值和弹体剩余速度的影响。[方法]应用有限元软件LS-DYNA对Q235钢材料单轴拉伸实验进行数值仿真,结合实验中试样断裂时的伸长量得到该网格密度下的单元失效应变,绘制出失效应变随网格密度变化的曲线并进行动态修正;然后,进行平头弹侵彻Q235钢板的数值仿真,并对靶板进行不同尺寸的网格划分。其中Q235钢材料的单元失效应变按修正曲线取值,将弹体的剩余速度与实验结果对比,分析数值仿真中网格密度对金属板抗侵彻问题仿真结果的影响。[结果]研究表明,数值仿真中选取的单元失效应变应随网格密度的增大而增加,在金属板的抗侵彻问题中随着网格密度的增大,对弹体剩余速度预报的仿真结果逐渐收敛并与实验结果相近。当网格尺寸为0.5 mm时,研究速度段内数值仿真与实验拟合曲线的平均相对误差最小,为5.13%;仿真与实验的误差在低速段更大,且低速度段弹体剩余速度对网格密度更加敏感。[结论]相关计算方法及研究结果对弹体侵彻问题中网格密度和材料失效应变的取值及变化规律具有一定参考价值。     

螺旋桨梢涡流场的DES模拟（英文）

文章应用分离涡模型(DES)对螺旋桨尾流中梢涡流场分布进行了数值研究。为准确模拟螺旋桨梢涡流场的信息,应用全六面体网格对螺旋桨计算域进行网格划分,通过迭代计算确定螺旋桨梢涡涡核的位置。为避免数值离散误差,对梢涡区域进行了网格加密处理。为了研究螺旋桨梢涡空间形态,文中采用涡核识别的"Q准则",对螺旋桨梢涡等值面进行定义。计算结果表明,该文建立的尾流中梢涡流场分布数值模拟方法能够准确预报出螺旋桨梢涡流场的分布及涡核形状,与实验测量结果相符。     

混合网格在滑行艇阻力数值模拟中的应用

为探讨适用于滑行艇全航速段数值模拟的网格划分方法,本文采用CFD技术研究了混合网格在滑行艇阻力数值模拟中的适用性,采用了不同数量的混合网格对滑行艇粘性绕流场进行了数值模拟,对阻力进行了计算,并且对比了不同网格数量对计算结果的影响,分析了其中的原因,得到了适用于滑行艇阻力数值计算的混合网格。在此基础上采用所得到的网格划分方式对滑行艇全航速段进行了数值模拟,并与实验结果进行了比较,两者吻合较好。     

一种基于分子动力学的网格划分方法

为生成船体典型结构四边形网格,提出一种基于分子动力学的网格划分方法。将正负带电粒子均匀地分布到网格生成域内,带电粒子在库伦相互作用以及Lennard-Jones势[1]的作用下在网格生成域内按动力学方程运动,并趋向于形成四边形形状分布。当带电粒子运动趋于稳定后,对其使用Delaunay三角剖分[2–3]划分网格生成域,合并相邻三角形后得到一系列偶数边形网格。对非四边形的偶数边形网格进行修补后,可以得到全四边形网格。实验结果表明,该方法能够生成质量较好的船体典型结构四边形网格划分。     

狭长空间氢气爆燃场障碍物有效影响区域计算

氢燃料电池船储氢量大，供氢管路复杂，易发生爆燃事故。基于大涡模拟（LES）与预混燃烧模型，对含障碍物的狭长空间进行氢气-空气预混气体爆燃研究。结果表明：不同截面形状的障碍物中，方形截面障碍物对爆燃过程影响最为显著，其有效影响区域也最长，为0.288m；其次为三角形和圆形截面，分别为0.195 m和0.192 m；有效区域会随着障碍物与着火点距离的增加而呈现先增后减的趋势。爆燃火焰倾向于避开涡旋，向着无涡区发展。障碍物分散度的增加对爆燃过程具有抑制作用，并在分散度为3时，达到最优的抑制效果。     

平面二维数值模型在导流明渠优化设计中的应用

基于平面二维水动力数学模型,采用交错网格和ADI法对某工程多种型式导流明渠进行了流场的数值模拟。模型利用实测数据对计算参数进行了粗步率定,对流速分布及明渠内水面比降进行了研究。结果表明:计算模拟结果与模型试验结果基本吻合,表明该模型能够为导流明渠优化设计方案比选提供定性判断的依据。     

LPG发动机稀燃流场优化及排放特性研究

将传统燃油发动机改装为LPG稀燃发动机,并在进气道内安装涡流挡板,该挡板可作不同进气模式切换,以根据发动机负载达到分层燃烧和均质燃烧两种模式。建立LPG发动机三维数值仿真模型,分别进行稳态、暂态流场优化分析以及缸内油气分布模拟,并通过稀薄燃烧实验与仿真结果进行对比。结果表明：均质模式与分层模式下的稳态流场分析结果与实验结果相吻合,流量系数误差在6%以内;暂态流场表明,分层模式下进气气流因涡流挡板的导引,在气缸内涡流增强,因喷射角度改变,燃料能有效地集中在火花塞中心,其余则为较稀的混合气,形成油气高度分层分布状态,提高稀油极限;稀油极限提高后,可降低LPG发动机CO2、NOx排放量。     

缸内液喷LNG/柴油双燃料发动机燃烧特性

以L 21/31船用中速柴油机为原型,在不改变燃烧室结构的基础上将其改装成缸内液喷LNG/柴油双燃料发动机,利用AVL_FIRE软件展开三维数值模拟,研究此双燃料发动机的LNG替代率极限以及高替代率时的缸内燃烧及排放性能。研究结果表明：改装后双燃料发动机的LNG替代率极限为99.5%,当替代率大于99.5%时,LNG无法被引燃;在可以正常燃烧条件下,保持引燃柴油及液化天然气喷射正时和喷射时间间隔不变,随着液化天然气替代率的增加,液化天然气燃烧始点基本不变,缸内最大爆发压力和最高燃烧温度降低,NO、CO生成量和排放量降低。     

船用LNG发动机掺烧模拟废气-燃料重整气缸内燃烧过程仿真

为研究废气燃料重整再循环技术(REGR)对船用LNG发动机性能的影响,搭建试验台架,进行性能测试;运用AVL-fire软件建立发动机燃烧室仿真模型,并依据试验数据验证仿真模型的准确性。基于该模型进行各负荷下不同废气再循环系统(EGR)率及在确定的EGR率下掺烧不同比例模拟重整气的仿真计算,并以75%负荷下的工况为例进行详细分析。计算结果表明,随着EGR率的升高,缸内平均压力和平均温度的峰值下降,燃烧过程整体后移,燃烧持续期增加,发动机的指示功率和NO比排放下降,指示燃油消耗率增加;掺混重整气比例增加,缸内平均压力和温度峰值升高,燃烧持续期缩短,指示功率和NO比排放升高,在重整气掺混率升高到一定程度时,指示燃油消耗率明显下降。综合分析发现,使用REGR技术可在不牺牲发动机的动力性和经济性的前提下降低液化天然气(LNG)发动机的NO比排放。     

舰用柴油机预混合等压燃烧的数值模拟及试验研究

运用CFD软件Star-cd对一台舰用高速大功率柴油机实现预混合近似等压燃烧进行了缸内喷雾及燃烧过程的模拟计算,主要考察了不同压缩比的燃烧室型线,以及喷油器喷孔参数对柴油机性能、缸内温度场、速度场和NO排放的分布的影响.经过多方案的计算分析,确定了高速大功率柴油机实现预混合近似等压燃烧的压缩比和喷孔参数,并能在提高柴油机性能的同时降低排放.通过对最优方案的台架试验,在直喷式柴油机上实现了预混合等压燃烧要求的放热率.     

基于正交—主元分析对柴油机燃烧参数匹配优化

基于电控化改造后的4190柴油机，利用AVL—FIRE软件建立天然气—柴油双燃料发动机燃烧室高压循环模型，并与原机进行验证。采用正交试验法以指示功率和NOX生成量为优化目标，并对燃烧参数进行匹配，进行仿真试验。利用主成分分析法对仿真结果进行优化分析，将优化结果与正交试验结果对比并最终代入模型进行检验。通过正交—主成分分析得出：柴油机运行参数对低温燃烧影响的主次顺序与正交试验设计基本一致，且具有更高的可靠性和准确度。优化后的参数为：天然气替代率45%，进气压力0.224MPa，EGR率12.5%，进气温度335.15K，喷油提前角22.7°对应的指示功率为37.83kW，NOX生成质量分数比原机降低78.73%，比极差分析最优组合降低10.92%。该优化方案在保证动力性的前提下可以有效地降低NOX排放。     

运行参数对双燃料船用柴油机燃烧和排放性能的影响

为研究运行参数对天然气-柴油双燃料船用发动机燃烧和排放的影响,运用AVL_FIRE仿真软件基于4190Z_LC-2型船用中速柴油机,构建燃烧室高压循环模型。通过将仿真数据和台架试验得到的缸压曲线进行对比,验证模型的准确性。采用模型仿真,研究运行参数对燃烧和排放性能的影响。结果表明:天然气替代率可以明显改善NO的排放,过高的替代率会降低指示功率,损失部分动力性;提高进气温度可改善燃烧质量,合适的进气温度可以改善动力性和经济性;提高进气压力有增压效果,适当提高进气压力可获得较好的动力性和排放性;喷油提前角的增大,会延长滞燃期,缩短后燃期,而合适的喷油提前角可以避免工作粗暴,改善柴油机动力性。     

燃气发生剂燃烧性能试验研究

本文简单介绍了燃气发生器的作用,重点讲述了一种燃气发生剂试验,总结出该型燃气发生剂燃烧速度与配方的关系,并从燃烧机理进行了解释。     

潜艇舱室内的火灾模拟及消防决策研究

目前研究火灾的模型由于不能很好地反映烟气的流动特性和温度场的分布,以及存在对非规则空间的局限性。采用GAMBIT对潜艇舱室非规则空间进行网格划分,运用N-S时均方程和双k-ε湍流模型对流场进行理论计算,结合燃烧化学反应为单步不可逆快速反应假设,对舱室内的火灾发展过程进行模拟。通过临界火灾发展和蔓延的临界时间制定消防决策。文章为潜艇的消防决策研究提供了一种实时可靠的研究方法。     

喷油器参数对船用低速机燃烧特性 影响的仿真研究

对某船用低速二冲程柴油机在不同喷油器参数下的喷油及燃烧过程进行了三维CFD性能仿真分析。结果表明：随着喷油器喷孔数量增多,燃油蒸发雾化质量更好,进而对燃烧过程和排放物生成产生明显影响;同样,随着喷油器喷孔夹角减小,燃油蒸汽分布的区域更广,进而对燃烧过程和排放物生成产生明显影响;研究能够为喷油器参数优化,燃油喷射系统改进提供参考。     

掺烧乙醇/水对柴油机燃烧与排放性能的影响

针对TBD234V6型柴油机,采用AVL-fire软件对额定工况下,不同乙醇/水掺混比进行三维数值模拟研究,对比分析缸内压力、缸内温度、缸内温度场、燃烧放热率、NOx浓度、NOx浓度场、Soot浓度、Soot浓度场,并通过赋权法确定最优乙醇/水掺混比。结果表明：随着乙醇/水掺混比的增加,缸内压力逐渐升高,燃烧放热率滞后,燃油消耗率呈上升趋势,但在0E10W时,最高燃烧压力下降率约为3.7%;燃油消耗率下降0.38%;缸内高温分布区域缩小,NOx和Soot浓度下降。通过计算确定最优掺混比为20E10W,此时,最高燃烧压力提升5.6%,燃油消耗率上升2.41%,NOx排放下降率约为18.8%,Soot排放下降率约为29.6%。研究结果可为船用柴油机采用柴油/乙醇/水三燃料燃烧提供一定的指导依据。