乙烯裂解炉燃烧传热的CFD模拟

为了掌握乙烯炉炉膛内的热场分布规律,本文采用CFD方法对SL-Ⅱ型工业乙烯裂解炉辐射段内所发生的燃烧、辐射传热、烟气流动等过程进行了耦合模拟,并且详细地分析了炉膛内流场及温度场的分布情况。其中,裂解炉的几何模型按照工程图纸1:1的比例建立;网格划分在专业网格生成软件ICEM11.0中完成;计算采用标准k-ε双方程模型模拟湍流,漩涡耗散/有限速率燃烧反应模型(EDM/FRC)模拟侧壁烧嘴的预混燃烧和底部烧嘴的非预混燃烧,离散传递模型(DTM)模拟炉膛辐射传热,计算过程在CFX5.0中完成。计算得到了裂解炉炉膛内流场、温度场分布的详细信息,模拟结果与工业实测数据吻合较好。模拟结果表明,在底部烧嘴的射流核心区周围形成了大范围的回流,过渡段拐角处有小范围的回流现象;炉膛长度、宽度、高度方向都存在明显的温度梯度,说明传统的炉膛传热计算方法假定温度分布均匀是不准确的;炉膛的高温区主要集中在炉高4.5 m处;炉膛上部的热量,由于侧壁烧嘴的加入而得到了很好地补充,说明侧壁烧嘴的安装位置合理。研究结果表明CFD模拟是目前为止研究裂解炉内热场分布规律最为有效的手段之一,对于未来乙烯裂解炉的设计与优化作用很大。     

涡流冷壁推力室传热模型分析计算

研究发动机燃烧室温度优化控制问题,由于燃烧室温度控制较难,为了预估新型涡流燃烧冷壁火箭发动机的壁面温度,根据发动机内部流动和传热分析,对组合化学平衡、辐射传热和热传导特性,提出了一维传热模型.采用模型对以氢氧为推进剂的涡流燃烧室进行了传热过程和影响因素的仿真分析,获得了稳定状态下的壁面温度,以及燃烧室压力、氧化剂喷注速度、燃烧室长度等参数对壁温的影响关系,仿真结果与实验一致.证明模型为涡流燃烧发动机设计提供了重要工具,对进一步的实验研究有指导意义.     

旋转固体火箭发动机统一流场计算

为了进一步研究旋转对固体火箭发动机工作的影响,采用RSM湍流模型对内孔燃烧、内孔与端面同时燃烧管状装药旋转固体火箭发动机统一流场进行了仿真。采用UDF编程给出质量入口边界,获得了旋转条件下发动机内流场结构参数特点,并给予理论说明。计算结果表明,内孔燃烧装药发动机切向速度流场类似于典型的Rankine涡,端面和内孔同时燃烧装药发动机切向速度流场呈现出Rankine涡和由端面燃烧引起的强迫涡的复杂组合涡;在发动机前封头和喷管喉部涡核切向速度峰值非常大,使燃烧室前封头和喷管喉部工作环境显著恶化;旋转使发动机燃烧室压力沿径向逐渐增大,强迫涡附近的压力梯度远大于推进剂表面的压力梯度。     

排气歧管流固耦合仿真与试验

针对发动机排气歧管的断裂问题,对某发动机排气歧管的热负荷进行流固耦合分析,并在台架试验中测量其温度场和应变.考虑热辐射和材料的非线性,建立排气歧管的内流场CFD模型、传热模型和有限元模型,分析得到排气歧管的温度场、应力场和塑性应变云图等.仿真结果与试验结果吻合较好.仿真结果表明排气歧管汇合处的温度最高,塑性应变最大位置与试验测得的断裂危险区域吻合.     

拉瓦尔喷管流固耦合换热数值模拟

针对颗粒的存在引起喷管内流场变化,进而对喷管热防护性能产生影响的问题,基于计算流体动力学(CFD)方法,建立了欧拉-欧拉两相流数值模型,利用软件Fluent对喷管两相流场进行了模拟,并以两相流流场计算结果为热边界条件,对喷管热防护层进行了瞬态换热数值计算,比较了有无颗粒两种状态下的流场分布情况,并获得了喷管整体结构温度场的分布规律.仿真结果表明,在发动机工作过程中,颗粒的存在使喷管内流场结构发生变化,导致燃气流速降低,温度升高,且喷管内壁逐渐向外壁传递热量,进一步影响喷管热防护性能,研究结果可为发动机喷管部件热防护设计提供参考.     

航空增压离心泵内流场性能数值研究

研究航空发动机燃油泵优化设计问题,为了提高高转速、大增压条件下航空燃油增压离心泵的性能,根据内流场性能给出了一种航空增压离心泵的设计方法。首先对离心泵的主要结构参数进行设计,然后建立内流场仿真前所需的控制方程,进而采用UG建立离心泵的三维模型,并采用ICEM软件对离心泵的过流部件进行网格划分;最后通过fluent对所设计的离心泵进行了内流场数值仿真分析。仿真计算数据表明,所设计的增压离心泵性能满足设计指标,可以达到预期设计目标。     

发动机汽缸内工作过程仿真计算

为了能够直观地分析发动机工作过程内汽缸各参数的变化情况，便于发动机的试验研究，该文在零维假设的前提下构建了发动机汽缸的仿真模型。从质量，能量的守恒关系和热力学原理推导方程式，并根据汽缸燃烧过程中各个阶段的不同特点进行求解，按给定的步长得到整个工作循环内汽缸主要参数的数值，从而模拟出它们在工作过程中的变化情况。用此模型进行测试，其计算时间少，实时性好，计算结果与实测数据相比能够准确地反应发动机汽缸内主要参数在一个工作循环内的变化情况。     

针栓式变推力火箭发动机内流场数值仿真研究

发动机推力室的工作过程直接影响到发动机的性能,在设计过程中,从理论上分析推力室内的燃烧流动过程具有非常重要.通过数值仿真,可以大大缩短发动机的研制和改进设计周期,减少研制经费.针对自燃推进剂针栓式变推力液体火箭发动机燃烧与流动的特点,借助CFD计算软件FLUENT,采用标准k-ε湍流模型及有限速率化学反应模型,对采用针栓式喷注器的变推力液体火箭发动机的推力室喷雾燃烧过程进行了数值仿真.计算结果得到了压强分布,温度分布,牛成物的摩尔分数分布,粒子轨迹分布、流强、混合比分布以及流动码赫数分布等,并对流场结构和影响发动机性能的喷注器参数进行了分析.数值计算结果可为变推力发动机喷注器和推力室的设计和优化提供参考.     

高速燃油离心泵内流场分析和气蚀过程仿真

采用混合两相流模型和气蚀模型,采用两种网格技术多参考系模型和滑移网格模型对某型航空发动机高速燃油加力离心泵内流场和气蚀过程进行了二维数值仿真.首先使用多参考系模型得到稳态非气蚀流场,然后作为初始条件引入滑移网格技术同时加人气蚀模型对气蚀全过程进行了瞬态仿真.不仅良好地模拟出泵腔内空泡初生、发展、消失的瞬态全过程,同时发现了稳定的瞬态压力场和气泡体积分数场的周期性发展规律,并揭示这一规律由排出管引起.详细分析了气蚀易发生位置的空间分布,排出管对气蚀发生的影响,高度空化流中蜗室出口壁面处气蚀破坏及其成因.仿真结果与实物气蚀破坏情况符合良好,对认识高速离心泵内燃油流动,预测并克服气蚀发生有指导意义.     

超音速扩压器喷雾冷却数值仿真研究

为了探讨研究喷雾冷却中冷却水流量、喷射速度及喷嘴轴向分布位置等因素对超音速扩压器壁面温度的影响,借助CFD计算软件FLUENT,采用标准k-ε湍流模型,对喷雾冷却下超音速扩压器内流场进行了数值仿真。通过计算,得到了扩压器内压强分布及壁面温度分布。分析了喷雾冷却中冷却水流量、喷射速度及喷嘴轴向位置对超音速扩压器壁面温度的影响。研究表明：随着冷却水流量的增大,扩压器壁面温度降低。同时,扩压器入口处静压升高,对应仿真高度降低;减小冷却水喷射速度,可以有效降低扩压器入口处壁面温度;喷嘴的轴向分布位置对扩压器壁面温度有较大影响,仿真结果证明,喷嘴沿轴向呈对数分布有利于降低扩压器壁面温度。     

基于热-流-固耦合方法的涡轮叶片数值计算

将流体动力学方法与有限元方法相结合,在定常流场分析的基础上,采用单向和双向热、流、固耦合的计算方法获得了转子叶片在设计工况下的应力和变形情况,并比较了两种方法的计算结果.单向耦合计算中分析了离心、气动、热载荷对叶片应力、变形的影响,并按照斯贝发动机EGD-3应力标准对叶片强度进行了校核.计算结果表明：两种计算方法在涡轮叶片强度分析中是可行的,双向耦合能更准确地反映转子叶片的真实工况.     

双组元推力器传热分析

本文对双组元推力器的传热进行了详细的分析，并采用数值方法对稳态和脉冲情况下发动机壁面的温度响应进行了计算。通过对比仿真数据与实验数据。仿真结果在误差允许范围内与实验数据相吻合。推力器的传热分析与仿真计算能够为推力器的研制工作提供有力的支持。     

前机身/进气道流场的一体化数值模拟

该文针对飞行器设计中的机体和进气道的一体化问题，采用分区结构搭接网格技术，对机体外流场采用有限体积法求解Euler方程，进气道内流场采用有限体积法求解N—S方程，发展了求解三维超音速前机身／进气道内外流的Euler／N—S方程分区处理程序，同时对某型飞机的前机身／进气道流场进行了一体化模拟。通过分析计算出的附加阻力和畸变系数等结果的合理性验证了计算程序的正确性。同时通过对计算域采用不同的密度网格进行计算，分析研究了网格疏密对计算结果的影响。     

整体式固体火箭冲压发动机转级过程数值仿真

为了研究整体式固体火箭冲压发动机从助推级向冲压发动机级的工况转换(转级)过程,采用双时间步推进方法,求解非定常、三维、有化学反应的Navier-Stokes方程组,得到了发动机进气道/燃烧室一体化流场在转级过程中的变化情况,分析了相关因素对转级过程的影响。仿真研究表明,进气道出口堵盖打开前,进气道内气流保持压力振荡状态,振荡频率主要与飞行高度相关;堵盖打开后,空气与一次燃气进入补燃室掺混并燃烧,过程中发动机内流场发生剧烈的变化;堵盖打开时燃烧室内的压力对于进气道的起动至关重要。上述研究对于整体式固体火箭冲压发动机设计具有指导意义。     

航空发动机内流空气系统通用分析软件设计

为了对航空发动机内流空气系统进行性能分析,研究了一种全新的、高效的发动机空气系统通用分析软件.软件以流动换热的网络算法为基础将发动机内流空气系统分解成由相应的典型元件和节点组成的网络,采用有限的元件和流动介质类型描述发动机内流空气系统.软件前台采用图形建模方式生成网络计算模型,后台采用了网络自动识别技术,方便了复杂网络的建立.可视化界面及支撑数据库,提高了软件的易用性.最后,对某航空发动机内流空气系统进行了计算分析,获得了空气系统内空气压力和温度分布以及各支路的流量分配,说明了软件应用于空气系统计算的可行性.     

HCCI汽油机燃烧和排放特性的仿真分析

研究内燃机燃烧特性问题,为了能更为准确地预测HCCI汽油机缸内燃烧特性和排放特性,提出建立了内燃机缸内工作过程的动网格模型,并对狭缝进行加密.对汽油均质压缩燃烧发动机的燃烧过程和排放物的生成过程进行了仿真分析.利用Fluent软件耦合详细化学反应机理,采用RNG k一ε模型以及化学反应涡耗散概念(EDC)模型,计算了特定条件下缸内的温度与压力的变化过程以及缸内的燃料及碳烟等变化趋势,结果表明:狭缝足产生CO和碳氢化合物的主要来源,在详细化学反应机理基础上应用RNG k一ε和化学反应EDC模型能够较为准确地预测HCCI汽油机缸内燃烧和排放.仿真为实际的设计提供了依据.     

飞机座舱温度场数值仿真研究

要为飞机座舱空气分配系统以及飞机的环控系统提供更为可靠的设计依据.应寻求更加接近实际的座舱温度场的分布情况.根据飞机座舱内实际存在的传热过程,主要在导热-对流传热的基础上考虑了辐射传热,在利用计算流体动力学(CFD)软件Fluent对飞机座舱温度场的数值仿真过程中,加入了离散坐标辐射模型,主要壁面采用了对流-辐射混合热边界条件,而且考虑了太阳辐射对舱内温度场的影响.针对某战斗机的设计状态点对其座舱温度场进行仿真,得到了该条件下的舱内温度分布和辐射换热量,计算结果跟传统方法进行了比较,表明了实际性和可行性.     

用于10BASE-T局域网的非屏蔽双绞线的传导发射研究

针对10BASE—T局域网的非屏蔽双绞线的电磁信息泄漏的现状，在分析非屏蔽双绞线的传输机理的基础上提出了计算传输信号的耦合模型，理论上求得线缆两端和沿线的电压电流分布，从而给出了非屏蔽双绞线的差模辐射和共模辐射计算方法，并将理论结果与实测结果对比验证，其一致性证明了该模型和计算方法的可行性。     

基于离散元的岩土基坑边坡渗流耦合计算仿真

传统方法在计算岩土基坑边坡渗流时,计算量过大,存在计算效率过低等问题.为此,提出离散元的岩土基坑边坡渗流耦合计算方法.分析岩土基坑边坡的渗流特性和机理,分别从裂缝渗流和孔隙渗流两个方面建立渗流场,分析渗流场与边坡应力场之间的影响和作用关系.结合渗流场和应力场的关系分析结果,利用离散元法建立岩土基坑边坡渗流-应力耦合模型,并在该模型下得出具体参数的耦合计算结果.为验证设计方法的有效性,设计对比实验.结果 表明,与传统的渗流计算方法相比,设计的计算方法的耗时更短,有效提升了岩土基坑边坡渗流耦合的计算效率.     

基于多孔介质模型的中冷器内阻CFD分析

一、前言本文利用商业CFD分析软件ANSYS Fluent对某汽车中冷器的内流场进行CFD模拟分析,利用ANSYS Fluent软件的多孔介质模型模拟中冷器芯体扰流片的阻力特性,在保证计算精度的同时,极大限度地降低了中冷器内阻CFD分析模型的规模。在产品设计初期,通过对中冷器的内流场进行CFD分析,能有效了解中冷器内部的速度分布情况、压力分布情况以及中冷器内部各冷却管间的流量分配情况,可以得到中冷