平板和静叶表面气流-水膜耦合流动特性的数值研究

针对平板表面的空气水膜和透平静叶栅中的水蒸气水膜耦合流动特性提出了分析气流与壁面水膜耦合作用的数值方法,即气相主流和液相水膜视为相对独立的开口系,通过在两相各自的控制方程中添加考虑相间动量和能量交换的源项,实现水膜和气流的双向耦合计算。研究表明:平板表面水膜厚度和进口水膜雷诺数近似呈1/2指数幂关系,与来流马赫数呈反比关系,与出口背压呈弱负指数次幂关系;水膜流速与出口背压近似呈线性关系;水膜附加损失对水膜流量的变化较为敏感,对来流马赫数并不敏感;透平静叶压力面侧水膜厚度分布较为均匀,在叶顶角区的叶片表面出现水膜聚积,吸力面侧水膜厚度变化较为剧烈,在叶顶和叶根角区的叶片表面出现水膜聚积。从而得出影响透平叶栅通道中水膜分布的机理是,壁面曲率通过影响相间剪切力来影响壁面水膜厚度和速度的分布,端壁上从压力面到吸力面的二次流引起水膜向吸力面侧聚积,通道涡和角涡引起的径向压力梯度导致叶片表面水膜沿叶高重新分布,水膜聚积对叶片表面的压力分布和出口气流角产生显著影响。

燃气-蒸汽弹射气液两相流场流动耦合特性研究

为研究燃气-蒸汽弹射中气液两相流场的流动耦合特性,基于Mixture模型和RNG k-ε湍流模型并结合自定义汽化凝结程序,建立了考虑汽化效应、组分输运和动网格影响的数值模型,并通过模拟发动机尾焰注水试验验证了模型的有效性。在此基础上对复杂波系的形成和气液流动耦合特性进行了分析,并研究了喷水孔直径对气液两相流场的影响。研究表明:因管道结构和水射流约束而产生的系列膨胀波与压缩波会在管道内相交反射形成波系,波系通过影响两相流的属性将内流场划分为不同的区域。在弯管内因离心力作用而形成的迪恩涡能增强湍流强度,提高水汽转换传质传热的效率,同时水射流对燃气流有较强的阻滞与挤压作用,两者会因能量的差异而在喷水管处相互挤压。喷水孔总面积相同时,直径越小,质量流率越小,水汽转换效率越高;直径越大,温度和压强的波动越大,导弹的运动越不平稳。研究结果可为燃气-蒸汽弹射的流场分析和结构设计提供参考。

跨声速喷管内辐射流动耦合特性研究

结合流动计算的MacCormack格式和辐射传输计算的Monte Carlo法,研究了跨声速喷管内流动与辐射的耦合现象,考察了不同温度和吸收系数情况下流动与辐射的相互影响。结果表明:解耦计算流动和辐射都有所偏差,辐射对流场的影响主要是由流场温度和介质吸收系数共同决定的,温度决定了辐射的影响程度,吸收系数决定了辐射的影响范围和辐射能的分布;流场内辐射热流的准确预估取决于耦合计算得到的准确温度分布。

舰用燃料油流动传热耦合特性数值模拟

裸管铺设的机动管线加热输送燃料油过程中,由于冬季低温和强换热的作用,使得燃料油热损失大,温降快,黏度上升,压降大,失去流动性,易发生凝管事故。以中石油驻青岛某炼油厂所产舰用燃料油为实验介质,对燃料油在环道实验装置测试段中流动和传热过程进行数值模拟,建立了三维流动和传热耦合模型,采用交错网格体系划分计算区域,选用二阶迎风格式对流-扩散方程进行离散,运用亚松驰的交错方向块迭代法求解离散方程。数值模拟结果表明:由于测试段管外壁冷却水的作用,近壁处油温会下降,越靠近管壁,温度下降越多;从油流进口处到出口处,管内壁温度出现浮动式下降,燃料油的热边界层厚度降低。