黏性牛顿流体液滴撞击干燥或预湿网面的实验研究

液滴撞击网面现象广泛存在于自然界和一系列应用中,液滴撞网后会穿透破碎产生二次液滴或不破碎全部附着在网面上,两种情况下都会残留液体在网面而形成预湿,影响后续撞击结果,但前人研究集中于低黏性液滴撞击干燥网面,黏性牛顿流体液滴撞击干燥或预湿网面的演化与机理仍有待探索.文章采用高速阴影成像技术,研究了黏性液滴(甘油水溶液)撞击干燥和预湿网面形成液指和破碎的演化规律,考虑了网面结构尺寸、液滴黏性及撞击前网面上预湿液膜厚度对撞击结果的影响.实验结果表明,液滴撞击干燥网面后形成液指的最大长度随网孔宽度降低、液滴黏性增加而减小;液滴黏性增加、网孔宽度减小均会抑制液滴对干燥网面的完全穿透;预湿液膜高度的增加抑制液滴对网面的完全穿透,并使不完全穿透时形成液指的最大长度减小.建立了考虑液滴黏性、网孔宽度和网面预湿的液滴撞击网面后不完全穿透时形成液指的最大长度预测模型,以及出现完全穿透时的临界参数理论预测模型,模型预测结果均与实验结果吻合良好.

液滴撞击倾斜表面铺展研究

液滴碰撞固体表面后铺展的现象广泛存在于航空航天领域和工农业生产中。在工程中,被撞击表面多不与液滴速度方向垂直,而前人对于液滴碰撞铺展的研究多基于垂直碰撞,其研究成果无法直接解决工程斜碰撞问题。通过实验研究液滴碰撞倾斜固体表面铺展形成液膜的演化过程,获得了不同表面倾斜角度和不同韦伯数条件下液膜形状的瞬态数据;基于新建立的液滴碰撞倾斜表面铺展理论,分析了液膜形状的瞬态变化过程,发现该理论可以合理预测小倾角下液滴的铺展,而对于大倾角下液膜在倾斜方向最大铺展宽度的预测,由于推导过程中将液膜上沿长度近似为常数,导致误差较大。为解决该问题,通过加入液膜上沿长度的细致理论分析,建立了一个预测液膜最大形状的解析模型,预测结果相对实验结果的误差可从前人61.8%的误差降至3.2%。

一种新的动网格更新技术及其应用

针对计算流体力学中的各种动网格更新技术进行了综合分析,提出了一种域动分层法的动网格更新技术,对该技术的原理进行了阐述.应用该方法对导弹在同心筒内的垂直发射过程以及液压缸的缓冲过程进行了数值模拟.结果表明,该方法正确可行,结果精确性较高,可实现含复杂外形流场情况下的动网格应用,相对局部网格重组法可使数值模拟速度加快2倍左右.

导弹头部气动加热的流固耦合数值模拟

采用非定常数值模拟方法对某型号远程导弹头部气动加热问题进行了研究。提出了一种流固耦合的计算方法,在求解流体力学控制方程组的同时,求解流体与固体表面的热传递方程以及固体区域的能量方程。计算获得了各个时刻流场内的温度、压力、速度等参数的空间分布,同时得到了导弹头部固体区域及导弹内部的温度变化。研究表明,采用流固耦合方法对气动加热问题进行模拟,可以得到合理可用的弹表温度数据。

导弹储运箱箱盖系统燃气流场及多体动力学研究

文中针对某型导弹储运箱的箱盖系统建立了流场模型,对导弹意外点火情况下的燃气射流流场进行数值模拟,建立了多体动力学模型,重点对导弹意外点火情况下箱盖的打开进行了分析研究,得到了导弹意外点火后箱盖可以迅速被动打开,为导弹提供运动通道的结论;并对其开盖、闭盖过程进行了动力学仿真,验证了箱盖系统设计的合理性。

饲料中添加3种不同投入品对筏式浅海网箱刺参(Apostichopus japonicus)养殖生长的影响

以刺参的存活率、增重率、特定生长率和肠道蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶及肠道组织结构变化为评价指标,通过42 d的养殖实验,研究了在基础饲料(空白组)中添加20%生物胶为粘合剂制备粘性饲料(粘性饲料对照组),通过添加浒苔干粉(浒苔组)、微生态制剂(微生态制剂组)、中草药(中草药组)3种投入品对浅海筏式网箱养殖刺参生理及生长的影响。结果显示,在散失率方面,粘性饲料比空白组饲料散失率降低33.42%,添加浒苔干粉、微生态制剂、中草药对饲料散失率的影响差异不显著(P>0.05);在生长方面,中草药组的增重率和特定生长率均为最高,分别达到(41.50±1.39)%和(0.82±0.02)%/d,显著高于其他4个实验组;在存活率方面,微生态制剂组和中草药组的存活率显著高于空白组和粘性饲料对照组。其中,中草药组存活率最高,达到(94.03±2.28)%;在消化酶活性方面,浒苔组、微生态制剂组和中草药组的淀粉酶活性分别在第10、20、30天达到峰值,峰值分别为(1.70±0.05)、(1.60±0.04)、(1.77±0.04)U/mg prot;粘性饲料对照组的蛋白酶活性波动最大,其活性在第10天达到峰值为(1.78±0.09)U/mg prot;空白组、粘性饲料对照组和浒苔组的纤维素酶活性均呈现先升高后降低的趋势,在实验周期内中草药组的纤维素酶活性表现为持续上升,而微生态制剂组刺参的纤维素酶活性表现出先下降后上升的趋势,最低值为(0.14±0.01)μg/g·min;肠道组织结构方面,粘性饲料对照组的肠道黏膜上皮层厚度显著增加(P<0.05),浒苔组的肌肉层厚度显著增加(P<0.05),中草药组和微生态制剂组刺参肠道组织结构完整,上皮细胞分泌旺盛。研究表明,通过添加生物胶所制作的粘性饲料可显著降低饲料散失率,添加微生态制剂和中草药可显著提高网箱养殖刺参的成活率,并显著提高刺参个体的消化酶活力和增重率,添加浒苔对刺参生长影响不显著。

同心筒发射过程燃气射流冲击效应研究

为研究导弹发射过程中燃气射流对同心筒和弹体的热冲击和动力冲击效应,基于欧拉-拉格朗日方法,使用域动分层动网格方法,对同心筒发射过程含Al2O3颗粒的气-固两相流场进行了数值计算,得到了发射过程中流场的温度和压强分布情况,计算结果与试验数据的相对误差在允许范围内,表明文中所用计算模型是可靠的。发射过程中燃气射流对后盖的冲刷和烧蚀较为严重,燃气主要从内外筒之间排出。内外筒间距增大后,内筒中的温度先降低后增大,后盖处的压强随之逐渐降低。发动机喷管出口与后盖的距离增大后,内筒中的温度变化较小,后盖处的压强随之逐渐降低。

固体发动机燃气射流对发射平台冲击效应研究

为研究燃气射流对发射平台的热冲击和动力冲击效应,采用有限速率化学反应模型和H2/CO反应体系模拟了燃气射流中的复燃现象,得到了射流流场结构及发射平台上的温度和压力分布情况,计算结果与试验数据吻合较好。研究表明,在射流近场内考虑复燃效应时,计算结果更为准确。发射平台中心处为高温区,应采用抗高温耐烧蚀的材料。发射平台距发动机喷口为1.4、1.7、2 m时,平台上压力分布变化不大;发射平台离发动机喷口越远,平台上的温度变化越小。

导弹发射过程三维非定常数值模拟

针对计算流体力学中的各种动网格更新技术进行了综合分析,对域动分层法动网格更新技术的原理进行了阐述。应用该方法对同心筒发射装置内导弹发射过程的三维流场分布进行了非定常数值模拟,得到全流场参数在三维空间上的时间分布,并与试验结果进行对比分析,得到了该方法正确可行、可有效保证导弹发射过程模拟的计算精度及计算效率的结论。

新型“引射同心筒”垂直发射装置理论及试验研究

通过同心筒发射导弹过程的理论分析以及验证试验,证明了热环境是同心筒发射方式存在的最主要问题,创造性地提出了引射同心筒的概念,为彻底解决同心筒发射导弹时导弹周围高温环境问题提供了一种全新的、可靠的技术途径,并且通过求解定常/非定常、三维Navier-stokes方程的方法,从理论上证明了引射同心筒可以大大降低发射过程中导弹周围的气体温度,同时,通过试验证明了引射同心筒现象的存在。

同心筒垂直发射装置排导燃气流的改进

研究在发射过程中导弹周围高温燃气环境对导弹产生的影响.通过同心筒内筒尾部收缩段的尺寸设计,减少高温燃气的反射,在发射筒口采用导流装置,将从内外筒间排出的燃气流导向发射筒周围,从而减少高温燃气对导弹出筒部分的烧蚀.采用数值仿真方法对两种改进措施进行计算模拟和试验研究.结果表明,两种改进对改善导弹发射过程中的热环境有一定效果.

考虑圆柱铰链间隙的多刚体系统动力学计算方法

为了研究含圆柱铰链间隙的多刚体系统动力学计算方法,针对三维圆柱铰链的结构特点,给出了一种改进的接触对确定方法,构造了空间间隙圆柱铰链接触分离切换点的判别方法。法向接触力采用Lankarani与Nikravesh的连续接触力模型计算,切向摩擦力采用修正的Coulomb模型计算,综合考虑接触分离状态建立了统一形式的动力学方程。最后对比间隙铰链机构和理想铰链机构运动,结果表明圆柱铰链间隙在短时间内对其他构件的运动影响很小,但严重增大了铰链内部的碰撞力,长时间运动后机构的位移、速度、加速度与理想铰链偏差变大,但接触摩擦力使圆柱铰链的轴向运动受到抑制。间隙圆柱铰链的研究方法和结果为相关和更复杂的含间隙圆柱铰链机构的运动分析提供了理论参考。

火箭发动机尾焰流场注水降温效果初探

为了对超声速高温燃气射流的注水降温机理进行探索,对该类流场进行了数值模拟和实验研究。气-液两相流场采用Mixture多相流模型进行计算,液态水的汽化过程通过耦合水的汽化方程来模拟。实验现象采用高速摄影和红外热像仪进行拍摄,并且在冲击平板上布置了热电偶温度测点。通过对仿真计算得到的温度云图与实验结果进行比较发现,无论是流场形态还是温度场分布,两者都十分吻合,证明了计算模型的适用性。结果表明:液态水和燃气的掺混汽化吸热效果显著,高温区域由于注水影响缩小到一个类锥形区域;迎气面温度大大降低,热冲击烧蚀效应得到有效缓解,尤其是中心部位降温效果最为明显,注水后温度仅为原温度值的60%左右。

喷水对火箭发动机羽流红外特性的抑制作用研究

为研究喷水对火箭发动机发射时排气羽流红外辐射的抑制作用,建立了羽流气液两相流场和红外辐射传输的计算模型,通过在能量方程中引入辐射源项和水的汽化导致的能量源项,实现了辐射计算和两相流场计算的耦合求解.计算中采用M ixture多相流模型求解气液两相流流场,使用汽化模型模拟了水的汽化效应.使用离散坐标法求解辐射传输方程,得到了3个主要波段内羽流的红外强度分布,将计算结果与红外热图进行对比,验证了计算结果的可靠性.研究结果表明,喷水后辐射强度在喷水管之后的大范围区域内明显降低.

火箭发动机射流复杂噪声测量数据时频分析

为了对大推力火箭发射时产生的噪声特性进行预测,采用了小型固体火箭发动机来开展缩比实验研究。通过小波变换和FFT方法对实验测得的噪声数据进行深入分析后发现:在发动机工作时间段出现了低频高幅冲击波成分,其幅值和频率特性与典型射流宽带噪声有很大不同;滤掉该冲击波成分之后的噪声频谱是典型的湍流宽带噪声频谱,并且得到射流噪声的声效率为0.51%,很好的吻合了火箭发射时声效率的经验数据,由此证明该冲击波成分并不属于射流噪声。

各向异性摩擦机理研究及仿真分析

为解决工程研制过程中出现的各向异性摩擦问题,从理论和数值模拟两方面综合分析了各向异性摩擦特性对物体运动的影响.分析了平动物体在不同各向异性摩擦特性下的运动规律,并针对工程中常见的轴套结构旋转超差问题进行研究,获得了物体运动与各向异性摩擦主方向、大小、物体轴向运动速度及加速度等因素的定量关系,给出了优化各向异性摩擦特性的方法并进行了试验验证.结果表明,各向异性摩擦特性会对相对运动结构造成明显的影响,降低摩擦因数比值可以有效解决旋转超差问题.

导弹适配器分离过程虚拟试验研究

针对目前在导弹垂直冷发射适配器设计和发射分离过程研究中存在的试验周期长、成本高、影响因素考虑不全面等问题,基于空气动力学和流体力学基本理论,建立了垂直冷发射条件下适配器与导弹分离过程的运动学模型和气动载荷模型,提出了一种采用CFD仿真技术实现适配器气动力系数插值计算的方法,通过开展虚拟试验获取适配器发射分离过程动力学响应特性,通过三维可视化手段展示适配器分离动力学过程;基于大量虚拟试验,采用碰撞干涉检测算法和随机抽样法定量计算适配器分离可靠性,为适配器分离过程研究和适配器安全性设计提供有效的分析方法。

燃气射流对发射车天线影响分析

在发射过程中,由于导弹发射时,起竖角不同,喷管处的高温高速燃气对发射车天线的冲刷和烧蚀,不同程度地影响地面通信。文中以某型发射车系统为例,仿真起竖角分别为36°、48°、60°情况下燃气对天线的影响,得出天线上压力变化不大,对发射过程不会产生大的影响;但天线上局部温度瞬时偏高,对发射过程会产生一定程度的影响。

某型导弹发动机推进剂恶劣工况下温度仿真研究

为分析高温和低温工况下初容温度超标对导弹发动机的影响,采用计算流体力学方法,对一级发动机的各部分进行了三维实体的简化及建模,综合考虑热传导、自然对流和辐射等传热方式,运用流固耦合传热一体化计算方法进行定常模拟计算,获得野外高温日照和低温恶劣环境下该装置的温度分布情况,为初容温度指标调整提供理论依据,并利用该方法对文献[2]中的模型进行了非定常数值模拟,与实验数据吻合较好,表明采用计算流体力学方法和流固耦合方法可进行传热问题的计算,为导弹发动机推进剂温度场的分析提供参考和依据。

燃气射流对发射车轮胎作用仿真

在发射过程中。由于起竖角和回转角不同,发动机内喷管处的高温高速燃气对发射车轮胎会产生不同程度的影响,文中以某型发射车系统为例,通过仿真,分析得出在起竖角60°的情况下燃气流对轮胎的作用最为严重,随着回转角度的不同,影响轮胎最恶劣的位置也不同。