小推力双组元火箭发动机中壁面液膜数值模拟

在航天推进器中,推进剂在燃烧室内的气液两相流动与燃烧过程直接关系到燃烧性能和冷却性能的好坏,对推进器的整体性能具有重要影响.对小推力甲基肼/四氧化二氮双组元液体火箭推力室内液体推进剂在壁面液膜的形成和发展进行了数值计算.结果表明,液膜对燃烧室壁面起到了很好的冷却作用,液膜向前后两个方向发展,在2.0,ms内液膜质量和厚度达到最大值,随着燃烧室内温度的升高,液膜厚度和质量呈现震荡下降.

高海拔下柴油机壁面液膜燃烧机理研究

针对某型号柴油机开展了高海拔条件下柴油机壁面液膜燃烧机理的数值计算研究,详细分析了不同海拔高度下,柴油机附壁燃油量、液膜位置、液膜面积及液膜厚度分布特性、蒸发特性及燃烧放热特性等。结果表明,附壁燃油量与撞壁燃油量成正相关。就撞壁形态而言,绝大部分燃油铺展和粘附在燃烧室凹坑侧壁上,仅有极少量附着在壁上;附壁液膜位置由燃烧室凹坑侧壁中部向其上下方向扩展;在燃烧结束时,绝大部分附壁燃油仍未全部蒸发。海拔越高,撞壁燃油量越大,液膜面积及液膜厚度越大,液膜蒸发越慢,燃烧室内部分剩余未燃燃油及附壁液膜的燃烧持续时间越长,燃烧恶化越严重。

基于欧拉壁面液膜模型的三维热气防冰腔数值仿真

提出了一种基于欧拉壁面液膜(EWF)模型的热气防冰腔性能仿真计算的新方法。通过FLUENT软件用户自定义标量(UDS)框架求解水滴控制方程获取三维表面水滴撞击特性。通过对各微元的水收集率、水膜蒸发率等进行质量平衡分析得到了通过该微元的质量流量,并以此作为EWF模型质量流量边界条件进行空气驱动下三维水膜厚度分布的计算,进而建立了防冰表面水膜流动动态模型。在此基础上建立了适用于三维防冰表面的耦合换热模型,通过引入亚松弛因子实现了内外流场、水膜流动及蒙皮导热的松散耦合求解。通过对某发动机短舱模型三维算例计算结果的分析和对比,结果表明所采用的计算方法是合理可信的,可以用于三维防冰腔性能的计算。

基于欧拉壁面液膜模型的管内蒸汽冷凝流动和液膜特性的数值模拟研究

采用ANSYS FLUENT软件建立了基于欧拉壁面液膜模型的光滑管内蒸汽冷凝流动过程的三维数学模型。模拟管长为500 mm,内径为38 mm。模拟工况为入口蒸汽饱和温度分别为70℃,总传热温差为5℃和7℃,入口蒸汽速度为1420 m/s。模拟结果表明,液膜厚度在管道底部随着流动距离的增加而增加,液膜厚度在管顶部先增大后趋于稳定,更大的蒸汽入口速度产生更高的液膜厚度。液膜流动速度在管道底部随着流动距离的增加而增加,液膜流动速度在管顶部先增大后缓慢降低,更大的蒸汽入口速度产生更高的液膜流动速度。

柴油液滴冲击液膜润湿壁面实验和数值模拟

从实验和数值模拟两方面研究了液滴碰撞液膜润湿壁面的过程。实验采用高速摄像仪观测并分析了液滴撞壁后的铺展、水花形成和液滴破碎飞溅现象,并定量获得了液滴的铺展系数和铺展速度随时间的变化规律。实验结果表明:液滴的铺展系数和铺展速度的碰撞速度效应明显;碰撞速度越大,液滴的铺展系数越大;液滴撞壁后的铺展速度迅速减小,碰撞速度越大铺展速度越大。数值模拟采用流体体积法,综合考虑液滴与壁面间传热及接触热阻的作用,建立了液滴撞壁数值模型。该模型模拟结果和实验数据吻合较好,证明了数值模型的准确性。数值结果表明:液体内部的压力梯度是液滴铺展、产生皇冠水花和以及液滴破碎飞溅的主要原因;毛细波是水花颈部收缩和液滴破碎飞溅的关键因素。

离心通风器转子壁面油膜分布的数值研究

对某型航空发动机离心通风器内部流场进行数值模拟,分析不同通风孔偏心距下,油滴颗粒与转子壁面发生碰壁,在转子壁面上形成油膜的分布情况。以离心通风器内空气与滑油颗粒组成的两相流为研究对象,采用壁面液膜模型(wall film model)模拟油滴颗粒与转子壁面之间的碰撞过程。分别计算了通风孔偏心距e为5 mm、7 mm、9 mm时各壁面油膜厚度值,并分析了油膜厚度及运动的变化趋势。结果表明:各壁面的油膜厚度随通风孔偏心距的增加而加大,在e为7 mm时,通风孔内壁和旋转空心轴内壁的油膜厚度出现最大值。

矩形斜板湿法除尘塔气液两相流数值模拟

以自主研制的矩形斜板湿法除尘塔为物理模型,采用CFD(计算流体力学)软件Fluent对塔内三维气液两相的流场进行了数值模拟.计算中气相采用标准k-ε湍流模型,液相采用拉格朗日离散相模型,液滴的壁面行为采用壁面液膜模型.结果表明:矩形斜板除尘塔能有效地增大气液接触面积,增强气液扰动,延长气体在塔内的停留时间;在塔体的进口区域会出现烟气冲壁和液滴冲壁的现象;在进气管一侧的塔体顶部会出现流动死区;喷淋液体对气场有一定的整流作用,在喷嘴处可以观察到气体卷吸的现象;增大进口烟速,可增大液滴在塔内的充满度,但同时会出现液滴夹带的现象.最后,在不同气速,不同的液气比下对塔内的压力损失进行了实验验证,实验值与模拟值吻合较好.

汽车涉水车身表面污染仿真及控制

针对汽车涉水时车身表面污染的问题,选取改型方背式米拉模型为研究对象,利用DPM离散相模型和欧拉壁面液膜模型相结合,得到液滴运动的轨迹和车身表面污染的分布,并分析车身表面污染产生的机理。在原模型基础上,提出增加车尾底部扰流板、车尾顶部导流片和轮罩护板3种改良方案,以此改变流场结构从而改变液滴的运动轨迹,减轻车身表面污染程度。仿真结果表明:车尾顶部导流片能够较好地控制气流走向,从而减弱特定区域污染程度;底部扰流板改变了尾流形状,减小车身背部污染面积;轮罩护板减少轮腔中飞出的液滴数,有效减少了车身侧壁污染。