超声速来流与侧向射流作用下的三维流场结构

研究超声速流动与侧向射流作用下的三维流场结构对飞行器表面流体分离控制以及超燃发动机燃料混合等具有重要作用。基于大涡模拟(LES)方法和高阶TCD/WENO混合格式,对来流马赫数Ma=4,平板上侧向射流的流场结构特性进行了数值模拟。模拟结果表明,流场内的主要波系由弓形激波、分离诱导的激波以及桶形激波组成,这与相关实验结果相符。同时,计算结果还清晰显示了射流与主流相互作用下,射流上游的分离区流动呈现高度瞬态特性,分离区内旋涡结构不断变化,数目由2个到4个再到6个不断发展,平板表面流线复杂。射流尾涡摆动,涡管上扬,呈现非定常特性。

超声速流场中侧向射流的数值研究

通过数值方法研究拱柱体上侧向射流与超声速来流的相互干扰,为侧向射流喷管出口横截面几何形状的设计提供依据,实现高速飞行器机动飞行的姿态控制。采用多块嵌套网格并行算法,数值求解Navier-Stokes方程以及k-ω湍流模型,分别对四种不同横截面形状(相同面积的圆形、椭圆形、楔形以及倒置楔形)的射流喷管出口形成的流场进行了研究。圆形喷管出口的流场数值计算结果与实验结果相一致,表明本文采用的数值方法可靠以及网格分布合理。对比物面压力分布和射流干扰放大因子发现,对于长轴与来流垂直的椭圆形喷管出口,在射流上游一侧的物面附近形成较大的分离区以及较强的激波,由此产生的高压区有利于侧向射流对飞行器姿态的控制。

流化床中侧向射流穿透深度的研究

流化床中侧向射流穿透深度的研究李海滨，王洋，张海生（中国科学院山西煤炭化学研究所，太原０３０００１）关键词：流化床，侧向射流，穿透深度１前言气固流化床反应器中，分布板起着气体分布和支持床层物料的作用，分布板区是气体与所处理固体接触最强的区域，在氧化反...

空空导弹侧向射流与气动舵协调控制技术

通过构建侧向射流与气动舵复合控制弹体的混杂系统动态模型,并推导离散射流信号的Fourier级数,分析了调制脉冲近似阶次对弹体操纵特性的影响,建立了侧向射流装置的连续性模型。基于线性二次型优化理论,并利用有效集算法,对导弹控制器及动态分配算法进行了联合设计。仿真结果表明,导弹对高频射流具有利于线性控制设计的低通滤波特性,所设计的最优控制器与动态分配算法能够充分利用不同类操纵机构的动态特性差异,实现对复合控制系统品质的综合优化。

侧向射流／气动舵复合作用导弹最优控制策略研究

在侧向射流与气动舵共同作用下，导弹自动驾驶仪设计可视为带冗余执行机构的控制分配与控制器综合问题。采用等效控制量概念，建立了侧向射流／气动舵复合控制弹体的混杂系统动态模型。然后，推导了离散射流信号的Fourier级数，分析了脉冲力近似阶次对弹体操纵特性的影响。最后，基于线性二次型优化理论，对复合控制导弹的控制器与控制分配算法进行了联合设计。结果表明，弹体对射流脉冲具有良好的低通滤波特性，所设计的LQR控制器能够兼顾执行机构能耗，实现对过载指令的精确跟踪。

侧向射流位置对旋转楔形通道换热分布的影响

在主流入口雷诺数为15 000,最大流量比(侧向射流流量和主流流量的比值)与最大旋转数分别为0.4和0.23的范围内,实验研究了三个不同位置引入侧向冷气射流冲击对楔形通道内换热分布的影响。实验结果表明:静止状态下,侧向射流冲击只能强化侧向射流孔附近区域的换热;旋转状态下,侧向射流对主流上游的影响区域扩大,并减缓了射流区域的冷气侧向出流,缩小了射流区域内前、后缘面的换热差异,当射流区域的换热效率最高时,该差异最小。为提升通道的平均换热效率,降低旋转对换热的不利影响,侧向射流孔应在通道的中上部,流量比控制在对应的临界值以下。

超声珩磨中声空泡溃灭微射流冲击特性的研究

超声珩磨加工过程中会产生强烈的声空化现象,近壁空泡溃灭会产生高速微型射流,冲击材料表面造成变形损伤.为探究空泡溃灭微射流的冲击特性及其对壁面材料的作用,选用sph-fem方法,建立微射流冲击壁面模型,进行仿真分析,并设计超声珩磨谐振系统空化试验.结果表明：微射流冲击壁面后形成高速侧向射流,且其最大速度可达到冲击速度的1.593倍,高速侧向射流对材料产生剪切作用;微射流冲击中后期射流中部粒子在激波作用下反向运动向上凸起;微射流冲击后壁面产生直径约8μm,深约0.173μm的微型凹坑,凹坑边缘有材料隆起,射流边缘冲击效应最强;试验中单微射流冲击下产生的凹坑直径在6～12μm之间,与仿真分析结果一致.

定向喷嘴PDC钻头井底流场特性研究

对PDC钻头水力结构的优化是控制泥包生成和发展的有效手段。基于计算流体力学理论,针对PDC钻头在使用过程易产生泥包的问题,建立了带有侧向射流喷嘴的PDC钻头井底结构的物理模型,采用k?ε双方程模型封闭N?S湍流方程,使用SIMPLEC算法对该条件下的物理模型进行数值模拟计算,并定性研究了井底流场特性及刀翼表面速度、压力分布特征。研究结果表明:侧向射流形成新的射流区,减小了井底漩涡的覆盖面积,对井底清岩能起到积极作用;在侧向射流带动下,刀翼切削面的剪切力、压力梯度增大,利于抑制泥包的成长和冷却刀翼,提高钻头性能。该结论为PDC钻头水力结构的优化提供了新的思路。

环空响应段流体流动特性数值模拟

基于物理法进行随钻防漏堵漏,其技术核心是利用侧向射流的水力能量在漏失层快速形成薄而高强度的"人造井壁"。钻遇漏层时,部分流体从专门设计的井下工具中喷出,直接射向井壁,给新形成的井壁一个合适有效的作用力,将混入钻井液中的堵漏材料推进漏失层岩石的孔、洞和裂缝,在漏失层井壁迅速形成一层致密的、可以承受一定压差的滤饼屏蔽环,从而增大井壁的承压能力或钻井液密度窗口,达到随钻防漏堵漏目的。由于环空响应段的侧向射流与上返流体具有一定的干扰,采用流体力学软件(CFD)对环空响应段的流体流动特性进行分析,弄清了上返流体对侧向射流的干扰。模拟结果表明,在现有应用的环空返速下,对侧向射流干扰很弱,基本没有影响。