计算网格与湍流模型对柴油喷雾多维数值模拟结果的影响

为探明柴油喷雾数值模拟的影响因素，用CFD多维数值分析软件研究了柴油喷雾的油束特性．计算结果表明，网格的划分直接影响计算结果的正确性和油束的几何形状．建立计算网格时，要注意网格均匀一致，避免网格密度突变；特殊几何形状壁面附近局部贴体坐标网格的范围不宜太大，否则会引起计算结果的畸变．对不同湍流模型的计算试验发现，RNG κ-ε湍流模型计算精度高、成本低，适合于柴油机缸内喷雾的数值模拟。     

具有蒸发喷雾过程的大涡数值模拟

采用大涡数值模拟方法对不同气体密度条件下无蒸发和有蒸发燃油喷雾进行了数值模拟,重点研究喷雾形状、喷雾贯穿距离以及粒子索特平均半径的预测值与计算网格的相关性以及亚网格脉动速度对喷雾过程的影响.计算公式采用单方程亚网格湍流模型、ETAB破碎模型和基于粒子云的碰撞模型.在有无蒸发两种喷雾条件下贯穿距离和索特平均半径的预测值与实验值吻合较好,并实现了预测值与计算网格无关性.亚网格脉动速度对喷雾贯穿距离和索特平均半径影响较小,但是影响喷雾形状和粒子分布.具有蒸发的喷雾贯穿距离与无蒸发喷雾情况类似,但是由于蒸发作用,索特平均半径预测值表现出波动现象.     

LPG喷雾特性的试验及数值模拟

在定容室内,采用高速摄影技术对液态LPG喷雾的宏观特性进行了研究,并与柴油进行了对比.试验结果发现,在相同喷射条件下,由于LPG较好的蒸发和雾化特性,其喷雾贯穿距离较柴油的短,喷雾锥角较柴油的小.采用KIVA3V2和KHRT破碎模型对LPG和柴油的喷雾特性进行的模拟计算结果表明,在喷雾初期贯穿距离的计算值和试验值符合较好,而在喷雾后期,由于高速摄影不能记录喷雾前端细微油粒的运动,喷雾贯穿距离的计算值和试验值之间存在一定的偏差.通过计算还发现,LPG喷雾的索特平均半径rSMR比柴油的要小;喷雾体外围液滴的rSMR比喷雾体中心的要小.     

结冰数值模拟中网格收敛性验证

对任何基于网格的数值模拟而言,获得网格收敛的解是结果可信的必要条件,结冰模拟也是如此。为充分、完整地考察目前普遍使用的结冰数值模拟算法的网格收敛性情况,详细定量地验证了其在霜冰、混合冰、明冰等诸多工况下的网格收敛情况。结果表明:当前普遍使用的算法基本上可以获得网格收敛的结果。其中霜冰的收敛规律较好,角状冰收敛的规律性不如霜冰情况。目前常用算法的可靠性基本上满足工程需求,但对于有角冰的情况,在实际应用中需要进行详细谨慎的网格收敛性验证。     

基于RANS和LES湍流模型的二甲醚超临界喷雾数值模拟

分别采用RANS和LES湍流模型耦合KH-RT破碎模型对二甲醚超临界非燃烧喷雾实验进行数值模拟,研究两种湍流模型的适用性,并对比分析二甲醚亚临界喷雾和异辛烷超临界喷雾的发展过程。同时,基于LES湍流模型探讨了环境温度和压力以及喷射温度和压力的变化对二甲醚超临界工况下喷雾贯穿距的影响。结果表明,RANS和LES湍流模型均能较好地模拟二甲醚超临界喷雾,LES湍流模型的模拟结果与喷雾实验观察结果更吻合;与二甲醚亚临界喷雾相比,其超临界喷雾的雾化效果更好;在相同初始条件下,二甲醚超临界喷雾的雾化效果要优于异辛烷超临界喷雾;二甲醚超临界喷雾贯穿距随环境温度、燃油喷射温度和喷射压力的升高而增大,随环境压力的升高而减小。     

飞机机翼积冰的数值模拟研究

针对机翼结冰问题,提出了一种翼型结冰的数值模拟方法。介绍了适用于本方法的翼型网格划分及流场求解方法;提出了一种适用于CFD的水滴收集系数计算方法;利用Fluent软件的离散项模型(DPM)及用户自定义函数功能(UDF),计算求解了翼型表面的局部水滴收集系数;介绍了积冰过程中的质量守恒和能量守恒过程;基于积冰垂直生长假设,介绍了积冰生长模型;最后利用本文提出的方法预测了翼型的结冰情况。将用本文提出的方法计算得到的三种典型积冰类型同国外冰风洞实验结果做了对比,证明了本文方法的正确性和准确性。     

扩大凝固模拟网格单元数方法研究

提出了一种扩大凝固模拟网格单元数的方法－－读写虚拟盘法，并介绍了其工作原理及实现方法。在微机ＤＯＳ系统下，采用该方法对６１０５曲轴样复杂形状铸件的凝固过程进行了模拟。     

裂缝性油藏非结构四边形网格数值模拟研究

在裂缝性油藏数值模拟中,引入非结构四边形网格系统是目前高精度数值模拟研究的热点,它能对复杂油藏边界、交叉裂缝、多条裂缝、多方向分布裂缝、复杂分支结构井等条件下任意连通区域进行网格剖分,相对其他非结构网格,它需要的网格数量少,且精度更高。建立连续介质模型和离散裂缝模型相结合的混合渗流模型并数值离散求解发现,非结构四边形网格的引入导致数值模拟计算效率严重下降。针对此问题,提出了3种解决方案：改进Paving算法的裂缝末端形态变形法、二维和三维网格编号重新排序方法和MPI并行计算方法,计算效率平均提高70%。     

基于多相质点网格法的大气污染仿真模拟

为了准确估计不同风速条件对单点源排放的污染物浓度时空分布、粒子抬升高度、污染物扩散范围产生的影响,本文使用以多相质点网格方法（Multi-Phase Particle-In-Cell,MP-PIC）为基础的拉格朗日粒子追踪模型对污染物扩散进行大涡仿真模拟。结果表明:低风速下,受污染源阻挡作用,污染源周边形成方柱绕流现象,污染物在下风方向分裂为两股,污染物随湍流作用在计算域内波动,且计算域内分裂状况始终存在。随着风速的增大,污染物分裂情况逐渐消失,且污染物扩散范围、粒子最大抬升高度随风速增大而减小。风速为2 m·s-1时,分裂的两股污染物之间距离为5-20 m,流场稳定时下风向1 000 m至1 300 m污染物最大数浓度为70-87个·m-3;风速为5 m·s-1时,分裂的两股污染物距离为2-10 m,流场稳定时下风向1 000 m至1 300 m污染物最大数浓度为212-300个·m-3;风速为10m·s-1时,分裂情况消失,流场稳定时下风向1 000 m至1 300 m污染物最大数浓度为407-502个·m-3。     

斯特林发动机压力涡流喷嘴的喷雾特性试验

采用高速摄影技术,研究了斯特林发动机压力涡流喷嘴的喷雾发展过程及喷雾特性,并考察了喷射压力和气体引射对喷雾特性的影响.结果表明,压力涡流喷嘴初始喷雾阶段雾化效果较差,持续时间较短,主喷雾发展过程有明显的空气卷吸涡流现象;柴油主喷雾锥角随喷油时间先迅速增大后逐渐减小至稳定,而贯穿距离则逐渐增大至稳定,喷雾锥角随喷油压力的提高而增大;引射空气对稳态喷雾形态有明显影响,使得喷雾扩散范围明显扩大,油气混合更加充分.     

多值依赖MVD保持性的研究

基于数据依赖基于概念给出了保持多值依赖MVD集的定义,提出了构造联接树的算法,生成MVD集与保持MVD集的检验算法,同时对算法给出了证明。     

基于Fluent的高压除鳞喷嘴湍流仿真模型

运用高压喷嘴射流特性的数学模型，建立了基于Fluent平台的高压水除鳞系统高压喷嘴射流的仿真模型，通过高压喷嘴的射流特性的分析，提出了喷嘴制造方面的建议。     

喷雾碰壁混合三维数值模拟

针对国外在喷注碰壁混合的研究现状和存在问题,成功地建立了一个较全面的三维流体喷雾碰壁模型,描述液滴碰壁后粘附,反弹／粘附,飞溅／附壁射流等各种现象,并对一典型燃烧室内的喷雾碰壁混合过程进行三维数值模拟,其计算结果与实验结果比较吻合,说明计算模型的构筑是正确的,具有较高的工程实用价值。     

内燃机车喷雾冷却的模拟研究

针对机车在夏季通过长隧道时,冷却系统散热能力降低,易造成机车因冷却水温过高达到设定温度而卸载的问题,在不改变原有冷却系统的基础上,增加喷淋雾化冷却装置.采用CFD软件进行仿真计算,模拟喷淋雾化前后的温度场,并对温度场进行对比.模拟结果表明,增加喷淋雾化装置后冷却系统散热能力得到提高.     

网格对混凝土侵彻数值模拟的影响

研究动能弹侵彻混凝土类问题的数值模拟计算中,网格单元尺寸的划分对计算结果的影响规律,找出合理的网格尺寸取值范围.应用非线性动力学分析软件AUTODYN-2D,对57 mm口径尖头弹丸以300 m/s着速垂直侵彻直径1.6 m,厚1 m的混凝土靶板进行仿真计算,得到了靶板不同计算网格尺寸条件下的侵彻深度、侵彻过载以及损伤区数据.通过对比分析确定,为得到比较理想的计算结果,弹丸半径和网格边长的比值λ应该在6.0左右取值.     

采用液氮喷雾技术的低温环路结构模拟系统研究

为进行座舱盖高空低温环境飞行疲劳试验考核,设计并搭建了采用液氮喷雾技术的小型环路结构低温环境模拟测试试验台,开展了风速以及喷射流量对系统降温速率影响的特性研究。试验测试了在液氮喷雾流量为37.2、42.4和49.3 kg/h,系统风速为2.21、4.53和6.77 m/s时,工作段温度从21℃降至-30℃时各测试面的降温特性,验证了运用液氮喷雾技术快速降温的可行性。结果表明:在相同喷雾流量下,风速越大,环路的降温速率越慢,测试面的温度均匀性越好;在相同风速下,喷雾流量越大,降温速率越快,测试面的温度均匀性越差。液氮喷雾降温能够满足座舱盖疲劳测试的低温环境要求,工作段温度场均匀性良好。本文研究可为低温环境模拟系统和大空间液氮喷雾冷却系统的设计提供参考。     

跨音速变质量槽式喷管的设计研究

喷管是风洞实现高速均匀稳定气流的核心部件,变质量喷管可通过扩散段管壁的缝隙流出部分气流来实现在不同背压下得到不同的出口马赫数.基于空气动力学原理,采用三维N-S方程以及可实现k-ε湍流模型,对喷管内流场进行了数值模拟.结果表明:收缩段型线、扩散段长度及壁缝尺寸对喷管流场特性具有重要影响,合理的型线和几何尺寸可使喷管出口具有宽阔的马赫数范围、且流场均匀稳定.     

火焰喷焊件喷焊层耐磨性的研究

通过工艺试验、耐磨试验和显微组织观察分析，研究了火焰喷焊件的耐磨性，结果表明喷焊层中起耐磨作用的主要是弥散分布在整个喷焊层内的硬质相．喷焊合金的耐磨性与硬质相的硬度成正比．建议对喷焊合金标注基体硬度和主要硬质相硬度两个硬度值．     

二甲醚喷雾特性的研究

采用高速摄影和激光阴影法在压力容弹中研究了喷油启喷压力、环境介质的密度、喷孔直径等参数对二甲醚喷雾特性的影响,并与柴油的喷雾特性进行了对比,结果表明：二甲醚的喷雾贯彻度小于柴油,喷雾锥角比柴油大;随着环境介质密度的增加,二甲醚的喷贯穿度减小,喷雾锥角增大;随着喷孔直径原增大,喷雾贯穿度和喷雾锥角均增大;当喷嘴启喷压力在10．0－15．0MPa之间变化时,二甲醚的喷雾贯穿度和喷雾锥角等特性没有变化。