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脉冲等离子体推力器羽流三维粒子模拟 被引量:3
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作者 钱中 王平阳 杜朝辉 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第2期680-684,734,共6页
以脉冲等离子体推力器(PPT)羽流为研究对象,基于单元粒子法和直接模拟蒙特卡罗法,建立三维物理模型,模拟羽流瞬态流动。假定电子等温流动将其动量方程简化并离散,运用交替隐式法求解等离子体电势。通过与实验数据和轴对称仿真结果对比... 以脉冲等离子体推力器(PPT)羽流为研究对象,基于单元粒子法和直接模拟蒙特卡罗法,建立三维物理模型,模拟羽流瞬态流动。假定电子等温流动将其动量方程简化并离散,运用交替隐式法求解等离子体电势。通过与实验数据和轴对称仿真结果对比验证仿真模型,分析流场中电势、浓度分布随时间变化情况。研究表明,本文所建模型能在平行和垂直于电极的两个平面内有效预测等离子体羽流参数,且仿真结果优于二维模拟。PPT羽流中推进剂返流质量份额极小。研究方法、结果对PPT羽流更深入研究具有参考价值。 展开更多
关键词 PPT 羽流 三维 粒子单元法 直接模拟蒙特卡罗
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稀薄等离子体羽流稳态流动粒子模拟 被引量:3
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作者 钱中 王平阳 杜朝辉 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第2期165-168,共4页
以稳态等离子体推力器羽流为研究对象,基于单元粒子法-直接模拟蒙特卡罗法混合法,建立数值仿真模型,研究流场电势、电子数密度、离子电流密度分布,通过与实测数据及已有模拟结果的比较验证模型.电子动量方程简化中,考虑电子和离子与中... 以稳态等离子体推力器羽流为研究对象,基于单元粒子法-直接模拟蒙特卡罗法混合法,建立数值仿真模型,研究流场电势、电子数密度、离子电流密度分布,通过与实测数据及已有模拟结果的比较验证模型.电子动量方程简化中,考虑电子和离子与中性粒子的碰撞效应,采用交替方向隐式法求解等离子体电势,所得仿真结果优于忽略该效应的Boltzmann模型,尤其是在流场翼部.本研究对电推力器的污染评估具有参考价值. 展开更多
关键词 电推力器 羽流 粒子模拟 单元粒子 直接模拟蒙特卡罗
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离子发动机加速栅极孔扩大腐蚀的粒子模拟 被引量:3
3
作者 任军学 谢侃 +1 位作者 汤海滨 顾左 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第10期1432-1440,共9页
为研究离子发动机加速栅极孔扩大腐蚀速的特征及影响规律,采用单元内粒子——蒙特卡罗碰撞(PIC-MCC)方法,结合溅射腐蚀模型,模拟了栅极间束流离子及交换电荷(CEX)离子的分布情况,得到离子发动机加速栅极孔扩大腐蚀情况及平均腐蚀率,为0.... 为研究离子发动机加速栅极孔扩大腐蚀速的特征及影响规律,采用单元内粒子——蒙特卡罗碰撞(PIC-MCC)方法,结合溅射腐蚀模型,模拟了栅极间束流离子及交换电荷(CEX)离子的分布情况,得到离子发动机加速栅极孔扩大腐蚀情况及平均腐蚀率,为0.0176μm/h。进一步研究了工作参数和几何参数对其影响,并建立了适用于工程应用的加速栅极孔扩大腐蚀预测模型。结果表明,在影响孔扩大腐蚀率各种因素中,束流电流密度和中性气体密度的影响最大。因此,在离子发动机直径一定的情况下,提高放电室出口等离子体密度的均匀性及推进剂利用率,是提高栅极寿命的根本途径。 展开更多
关键词 离子发动机 栅极 腐蚀 单元粒子——蒙特卡罗碰撞
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基于SPH-FEM耦合法切缝药包爆破机理数值模拟 被引量:17
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作者 程兵 汪海波 宗琦 《含能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第4期300-307,共8页
为了进一步研究切缝药包爆破机理,在AUTODYN内运用光滑粒子流体动力学与有限单元(SPH FEM)耦合法构建了装药不耦合系数为2.0的切缝药包爆破模型,分析装药爆炸初期的爆轰产物膨胀过程、爆轰产物粒子运动速度及炮孔周围岩体损伤演化历程... 为了进一步研究切缝药包爆破机理,在AUTODYN内运用光滑粒子流体动力学与有限单元(SPH FEM)耦合法构建了装药不耦合系数为2.0的切缝药包爆破模型,分析装药爆炸初期的爆轰产物膨胀过程、爆轰产物粒子运动速度及炮孔周围岩体损伤演化历程。结果表明:对于切缝方向,由于没有切缝管的约束作用,爆轰产物粒子能够以较高的速度向前运动,粒子最大运动速度可达到4750m s^-1,最前端粒子在3.5μs到达孔壁,切缝方向岩体开始产生损伤破坏,且随着切缝管内爆轰产物的继续膨胀,切缝方向岩体进一步受到破坏;对于非切缝方向,切缝管的约束作用使得爆轰产物粒子膨胀受阻,粒子最大运动速度仅为800 m s^-1,同时切缝管在爆轰产物的推动下缓慢向炮孔壁运动,12.6μs切缝管到达炮孔壁,非切缝方向岩体开始产生损伤,但损伤展布区域较小,且非切缝方向炮孔壁保持了较好的完整性。 展开更多
关键词 光滑粒子流体动力学与有限单元(SPH-FEM)耦合 AUTODYN 切缝药包 爆破机理 数值模拟
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Hall推力器羽流数值模拟 被引量:2
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作者 钱中 王平阳 +1 位作者 杜朝辉 康小录 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第1期93-97,共5页
以稳态等离子体推力器(SPT)羽流流场为研究对象,基于直接蒙特卡罗模拟与粒子单元混合方法建立数值模型,模拟等离子体稳态流动,研究流场特性。将计算结果与实验数据相比较,并与同类推力器羽流参数进行比较,以保证仿真可靠性。研究表明,... 以稳态等离子体推力器(SPT)羽流流场为研究对象,基于直接蒙特卡罗模拟与粒子单元混合方法建立数值模型,模拟等离子体稳态流动,研究流场特性。将计算结果与实验数据相比较,并与同类推力器羽流参数进行比较,以保证仿真可靠性。研究表明,所建立的仿真模型能够较好地预测SPT羽流电子数密度和离子电流密度等参数。 展开更多
关键词 稳态等离子推力器 羽流 蒙特卡罗 粒子单元法 数值仿真
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稳态等离子体推力器羽流数值模拟 被引量:1
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作者 钱中 王平阳 +1 位作者 杜朝辉 康小录 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第5期484-488,共5页
以国内研制的稳态等离子体推力器羽流为研究对象,建立了基于粒子单元法和直接蒙特卡罗模拟法的数值仿真模型,简化了电子动量方程,运用Boltzmann关系式求解了等离子体电势,研究了羽流电子数密度、离子电流密度及流场温度分布。通过与实... 以国内研制的稳态等离子体推力器羽流为研究对象,建立了基于粒子单元法和直接蒙特卡罗模拟法的数值仿真模型,简化了电子动量方程,运用Boltzmann关系式求解了等离子体电势,研究了羽流电子数密度、离子电流密度及流场温度分布。通过与实验数据和已有数值结果对比,以验证模型和编制的程序。研究表明,羽流出口下游0.3-1.0 m处的羽流中心电子数密度约为2.5×10^16-5×10^15m^-3,电流密度约为65-1 A/m^2。文中工作对分析等离子体羽流污染具有参考意义。 展开更多
关键词 电推力器 等离子体羽流 粒子单元法(PIC) 直接蒙特卡罗模拟(DSMC)
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流化床煤气化过程的数值模拟与工艺优化 被引量:1
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作者 朱选栋 张亚新 《化学反应工程与工艺》 CAS 北大核心 2020年第6期519-530,570,共13页
以实验鼓泡流化床气化炉为模拟对象,采用多相粒子单元法(MP-PIC)对煤气化反应进行数值模拟,并对煤气化反应模型进行了可行性验证。结果表明:模拟值与实验值吻合,证明了模拟的准确性。研究了气-固流型、煤气组分和反应速率的分布情况;以... 以实验鼓泡流化床气化炉为模拟对象,采用多相粒子单元法(MP-PIC)对煤气化反应进行数值模拟,并对煤气化反应模型进行了可行性验证。结果表明:模拟值与实验值吻合,证明了模拟的准确性。研究了气-固流型、煤气组分和反应速率的分布情况;以气化效率和碳转化率等为气化指标,探究了氧气煤比、蒸汽煤比和煤粉粒径对煤气化指标的影响。基于正交实验结果,用响应曲面法探究多因素影响气化效率的规律,得到了最佳工艺条件。研究结果表明,各因素影响权重从大到小依次为:氧气煤比煤粉粒径和蒸汽煤比。响应曲面法得到的最优工艺条件:氧气煤比为0.474、蒸汽煤比为0.376、煤粉粒径为3.055 mm,此时最大气化效率为0.707。 展开更多
关键词 鼓泡流化床 气化炉 煤气化反应 多相粒子单元法
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霍尔推力器工作性能数值模拟研究 被引量:5
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作者 龙建飞 张天平 +2 位作者 孙明明 高俊 贾连军 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第4期514-518,共5页
为了模拟霍尔推力器推力、比冲等工作性能,采用粒子网格单元与蒙特卡洛相结合(PIC/MCC)方法,建立了霍尔推力器二维轴对称模型。模型中电子和离子均采用粒子描述,中性原子为背景气体,自洽电势通过求解泊松方程获得。跟踪推力器出口处... 为了模拟霍尔推力器推力、比冲等工作性能,采用粒子网格单元与蒙特卡洛相结合(PIC/MCC)方法,建立了霍尔推力器二维轴对称模型。模型中电子和离子均采用粒子描述,中性原子为背景气体,自洽电势通过求解泊松方程获得。跟踪推力器出口处离开的离子数量、轴向速度等信息,通过统计计算得到推力器的推力、比冲。以LHT100推力器为研究对象,针对不同的工作参数(阳极流量在4.6~5.4 mg/s,阳极电压在280~320 V之间)共进行了9种工况数值模拟,并进行试验对比验证,模拟结果与试验测试结果均较好吻合,最大误差小于10%。 展开更多
关键词 霍尔推力器 工作性能 蒙特卡洛 粒子单元法 数值仿真
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化学链分级气化燃料反应器气固流动数值模拟
9
作者 郭月 崔颖 +2 位作者 宋涛 卢平 殷上轶 《力学与实践》 北大核心 2022年第4期820-826,共7页
本文基于多相粒子单元法对化学链分级气化燃料反应器(下部为气化反应器,上部为重整反应器)开展了气固流动数值模拟研究,验证了曳力模型、模型参数(法向和切向颗粒–壁面碰撞恢复系数e和e)对计算结果的敏感性,并确定了合适的曳力模型及... 本文基于多相粒子单元法对化学链分级气化燃料反应器(下部为气化反应器,上部为重整反应器)开展了气固流动数值模拟研究,验证了曳力模型、模型参数(法向和切向颗粒–壁面碰撞恢复系数e和e)对计算结果的敏感性,并确定了合适的曳力模型及模型参数。探究了表观气速和两床接口处狭缝尺寸对颗粒连通量的影响规律,研究结果表明:颗粒连通量随表观气速的增加而增加,随狭缝尺寸的增加而减小。 展开更多
关键词 化学链分级气化 气固流动 多相粒子单元法 敏感性分析
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50kW级高功率霍尔推力器放电通道数值模拟研究 被引量:4
10
作者 陈笃华 王平阳 +1 位作者 王尚 刘佳 《上海航天(中英文)》 CSCD 2021年第6期78-84,共7页
高功率霍尔推力器兼顾了比冲高、推力大、寿命长等特点。为了提高设计效率并考察热负荷问题,以50 kW级霍尔推力器为对象,采用单元粒子法(PIC)/蒙特卡罗碰撞模型(MCC)/直接模拟蒙特卡罗碰撞模型(DSMC)混合算法,建立二维对称计算模型。基... 高功率霍尔推力器兼顾了比冲高、推力大、寿命长等特点。为了提高设计效率并考察热负荷问题,以50 kW级霍尔推力器为对象,采用单元粒子法(PIC)/蒙特卡罗碰撞模型(MCC)/直接模拟蒙特卡罗碰撞模型(DSMC)混合算法,建立二维对称计算模型。基于准电中性假设、中性原子考虑为背景气体,计算得到标准工况下(功率50 kW,流量86.4 mg/s)推力为2.2 N,比冲为2598 s,与同类推力器实验结果对比,误差分别为5.18%和3.35%。在此基础上,考察了多种工况下(工作电压400~600 V,工质流量69.12~103.68 mg/s)放电通道内离子数密度、离子轴向运动速度、电子温度分布等参数。结果表明:增大工作电压会增强粒子间相互作用及离子加速喷出效果,流量调节影响电子温度和离子数密度分布;从推力器性能方面来看,增大工作电压,推力比冲随之增大,流量增大、推力增大,推力器的热损失功率占比达到15.94%。研究结果为高功率霍尔推力器的设计和实验提供了一定的参考依据。 展开更多
关键词 高功率霍尔推力器 数值模拟 单元粒子 热损失 推力比冲
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Applying XDEM to Analyze the Heat-up Process of Woody Biomass on a Backward Acting Grate
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作者 Mohammad Mohseni Bernhard Peters Algis Dziugys 《Journal of Energy and Power Engineering》 2017年第8期517-527,共11页
The objective of this study is analysis of heat-up process of wet woody particles on a backward acting grate including dynamics motion investigation by implementing XDEM (extended discrete element method) as a novel... The objective of this study is analysis of heat-up process of wet woody particles on a backward acting grate including dynamics motion investigation by implementing XDEM (extended discrete element method) as a novel approach. In this method, the particles are resolved as the discrete phase (individual elements) coupled via heat, mass and momentum transfer to the continuous gas phase. The temperature of particulates along the backward acting grate is investigated by evaluating effects of operating parameters such as bar amplitude and period. Furthermore, the bar motion has effects largely on the heat-up process of the packed bed on the backward acting grate which is considered here as well. In other words, motion of particles caused by bar motion influences the heat transfer of particles and totally the packed bed. In fact, the particles' heat-up is performed by a radiative heat flux facing the packed bed surface so that heat transfer of particles as radiation and conduction with surrounding particles is taken into account in addition to convection heat transfer between particles and surrounding gas phase. 展开更多
关键词 XDEM backward acting grate BIOMASS modelling heat-up.
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Research of the Gas-solid Flow Character Based on the DEM Method 被引量:2
12
作者 Xueyao Wang and Yunhan Xiao Research Center for Clean Energy and Power,Chinese Academy of Sciences Key Laboratory of Advanced Energy and Power,Chinese Academy of Sciences (Institute of Engineering Thermophysics),Beijing,100190,China 《Journal of Thermal Science》 SCIE EI CAS CSCD 2011年第6期521-526,共6页
Numerical simulation of gas-solid flow behaviors in a rectangular fluidized bed is carried out three dimensionally by the discrete element method (DEM).Euler method and Lagrange method are employed to deal with the ga... Numerical simulation of gas-solid flow behaviors in a rectangular fluidized bed is carried out three dimensionally by the discrete element method (DEM).Euler method and Lagrange method are employed to deal with the gas phase and solid phase respectively.The collided force among particles,striking force between particle and wall,drag force,gravity,Magnus lift force and Saffman lift force are considered when establishing the mathematic models.Soft-sphere model is used to describe the collision of particles.In addition,the Euler method is also used for modeling the solid phase to compare with the results of DEM.The flow patterns,particle mean velocities,particles' diffusion and pressure drop of the bed under typical operating conditions are obtained.The results show that the DEM method can describe the detailed information among particles,while the Euler-Euler method cannot capture the micro-scale character.No matter which method is used,the diffusion of particles increases with the increase of gas velocity.But the gathering and crushing of particles cannot be simulated,so the energy loss of particles' collision cannot be calculated and the diffusion by using the Euler-Euler method is larger.In addition,it is shown by DEM method,with strengthening of the carrying capacity,more and more particles can be schlepped upward and the dense suspension upflow pattern can be formed.However,the results given by the Euler-Euler method are not consistent with the real situation. 展开更多
关键词 DEM gas-solid flow numerical simulation
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