收缩扩张喷管中稀疏颗粒加速运动及喉道优化

直升机、运输机在简易场地起降过程中,发动机可吸入的二氧化硅等微小颗粒,对叶片造成冲击磨损,冲击速度可达200m/s以上。冲蚀试验常采用直喷管加速固体颗粒,在入口总压为0.6 MPa时,颗粒速度难以达到200m/s。为更有效地加速颗粒,采用超音速收缩-扩张喷管,通过数值模拟研究了该喷管对稀疏二氧化硅颗粒的加速运动,并利用实验验证了数值模拟的准确性。在此基础上,对喉道尺寸进行优化以提高喷管对颗粒的加速性能。结果表明:收缩-扩张喷管对颗粒的加速主要发生在扩张段,管内激波不会引起颗粒速度的震荡,颗粒的加速度与气流、颗粒之间的相对速度以及气流的密度有关;在入口总压为0.6 MPa的条件下复现5级砂尘环境,喉道半径为0.001 6m的喷管加速效果最佳,可获得的颗粒速度达到218m/s。

收缩-扩张喷管内高含硫天然气超声速流动特性研究

为明确采用收缩-扩张喷管来实现天然气中H2S气体凝结与液化的可行性,对CH4-H2S双组分在收缩-扩张喷管中超声速流动液化过程进行了理论研究与数值模拟。运用流体力学计算软件,结合流动控制方程,分析了入口压力和出口背压对混合气体流动特性的影响。研究结果表明:适当提高入口压力,将使CH4-H2S双组分临界液化温度和压力降低,且停留在气液两相区和液相区的范围增大,促进H2S气体的凝结;随着出口背压(压比)的不断增大,产生激波的位置逐渐向收缩-扩张喷管喉部方向移动,收缩-扩张喷管轴线处的压力和温度波动更加剧烈,破坏了凝结所需要的制冷环境,不利于H2S气体的凝结;当出口背压在60%以上时,制冷环境被完全破坏,H2S气体不能实现凝结。

振荡喷管发声的实验研究

通过实验方法对阻塞喷注的噪声进行了研究。为了能模拟动态条件下的喷流声,在实验中采用了振荡喷管,分别测量了自由喷流、喷管-哈特曼头系统以及喷管-小圆板系统的声压谱。实验结果证实,振荡不改变阻塞喷注噪声的基本特性,但在某些条件下能增强或抑制声辐射。

微喷管内气体流动特性研究

研究旨在提高微型空间推进器和微型气体涡轮机等微器件的性能.采用硅微加工技术在硅片上制作出矩形截面三维收缩-扩张微喷管,喉部宽度为16,深度为20,收缩比为1.625:1.实验测量了不同进出口压比条件下微喷管内氮气流量特性.实验设定进出口压比范围为1.0～5.0,由此出口体积流量范围为0～0.2mL/s,出口截面特征雷诺数小于500.基于两种数值模拟方法(有限体积法和Boltzmann气体动力学方法)对微喷管内部流动特性进行了数值模拟.数值模拟结果与实验结果相吻合.数值模拟结果发现几点不同于宏观流动的异常现象:随着压比的提高,声速截面逐渐偏离喉部,向下游区移动,并且下游区的流动不断加速.当压比达到5.0时,出口截面中心区域的马赫数达到1.26.沿程压力分布呈现非线性下降的趋势.这些现象主要是由于相比于常规尺度管道,微小尺度下表面效应引起的粘性附面层效应和三维效应更显著.

二次流喷射位置对流体推力矢量喷管气动性能影响的数值模拟

数值模拟了二次流喷射位置对基于激波控制的二维收-扩(2DCD)喷管的流体推力矢量气动性能,结果表明喷射位置对矢量角有较大影响,在喷管落压比NPR=4.5时,二次流喷射位置相对位于喷管发散段中部时,矢量角最大;在NPR≥7.2时,二次流喷射位置越靠近出口,矢量角越大.喷射位置对推力系数及流量系数的影响不大.

完全膨胀的目标设计改进喷砂枪喷管

为改变普通喷砂枪效率低下只适用于处理小型工件的现状,运用CFD方法系统计算了Laval喷管和同口径普通收缩喷管的流场,提出并论证了以完全膨胀状态气流为目标的Laval喷管设计观点。以提高喷气速度和超声速气流长度为有效途径提高喷砂枪效率。

磨损指数测定仪标准修定及设备研制

本文详细比较了原有色行业标准与美铝标准的异同 ,从空气动力学理论分析推导出两标准的一致性 ,并通过计算说明本次修改标准的依据和结果 ,以及仪器制造需保证的精度 ;用喷动床理论计算出按标准进行测定时流态化管内氧化铝的循环速率。在此基础上研制的设备经多项测试达到了自动化程度高、操作简便、测定结果重现性好等目的 。

风能密度增加装置的设计及应用

介绍了流体力学的基本原理,研制了一种收缩喷管状的"风能密度增加装置";使风吹到风机叶片之前在风速增加管中进行加速,从而增加风能密度。试验结果表明,出风口处风速是进风口的1.9倍,风能密度提高6.9倍,总动能变为1.74倍;动能的增加量是由于进风口处的部分压力能转化为出风口处的动能;由于风机的单机容量与风能密度成正比,因此该装置可以成倍的提高风机的单机容量。

二股流喷射控制推力矢量数值计算研究

利用求解雷诺平均的N-S方程的数值模拟方法,对一种新型的推力矢量喷管———基于次流喷射控制的二维收缩-扩张喷管(2DCD)———的推力矢量性能进行了研究。根据数值模拟结果分析了外流马赫数、喷管压强比和次流总压与主流总压之比对矢量偏角的影响。

双涵道喷水推进泵的结构研究

在传统方法中研究者主要采用大功率、大直径、低轴转速的动力装置来提升喷水推进泵的性能,但是降低叶轮轴转速,会导致中心流域叶轮上流速较低,做功效率下降。为了解决此问题,我们设计了一种并联结构的双涵道喷水推进泵。通过数值模拟方法对双涵道泵水力性能进行初步研究,以单泵的计算方法先研究各自的水力特性,确立最优涵道比。绘制外泵时应该研究合适的轮毂比,考虑中空对轮毂强度的影响,通过计算抗扭截面模量得到外泵尺寸。在最优涵道比下,对泵进口及喷管进行优化以提高其水力性能,并为此类推进泵的设计提供参考。研究发现,当内外涵道比为0.45时,流量增幅最大,约为9%。在最优涵道比下,确定合适的进口段及出口喷管结构,定义无量纲参数喷管收缩系数K,发现喷管收缩比为0.3的双涵道泵拥有较好的水力性能。双涵道喷水推进泵在流量推力方面有显著提升,但是在扬程效率方面有待进一步优化。