The Full Flowpath Analysis of a Hypersonic Vehicle

A numerical study has been carried out to investigate the full flow path and aerodynamic characteristics of a hypersonic vehicle at a 7.0 free stream Mach number. Results indicate that the inlet started and unstarted operations have remarkable effects on the flow pattern of the full flow path. When the inlet operates in a started mode, the transverse pressure gradient generated by the forebody alters the air captured characteristics and the entering flow quality of the inlet. Furthermore, the expansion process of the nozzle jet flow is obviously affected by the external flow field around the afterbody with the cross section shape transiting from a near rectangle at the exit of the nozzle to a near triangle at the tail of the vehicle. When the inlet operates in an unstarted mode, the aerodynamic instability can be observed in the full flow path of the vehicle. Due to the oscillation of the external compressed shock wave and nozzle jet flow, the aerodynamic characteristics of the vehicle vary periodically with the lift-drag ratio changing from 0.25 to 2.09. Finally, by comparing to the experimental data, the reliability of the CFD is verified.

基于发动机台架的三效催化剂储氧性能分析

通过汽油机台架试验平台,研究了温度、气体流量、空燃比调变窗口、不同劣化程度对OSC的影响。结果表明,提高温度可以提升催化剂的化学反应速率,进而提升OSC的性能;增加气体流量会增加化学反应空速,缩短废气在催化剂孔道内的反应滞留时间,进而抑制OSC性能;增大空燃比调变窗口会导致气体污染物浓度增大,有利于提升催化剂活性组分与储氧材料的化学反应速率,进而提升OSC性能;变温变流量下,提高温度会提升OSC性能,但增大气体流量又会抑制OSC性能,故变温变流量下新鲜催化剂OSC随温度上升幅度相比恒流变温相对平缓;热老化温度和时长决定了催化剂的活性状态,催化剂活性会随着老化温度提高和时间增长明显降低。

某型柴油机进气道通流特性试验研究

分析了某型柴油机气缸盖进气道流量系数和涡流比随气阀升程的变化规律,以及进气道前后的压差对流量系数和涡流比的影响.试验结果表明,该型柴油机进气系统在低负荷时可以实现较大的涡流比,从而可以改善柴油机低负荷性能.

不同入口高宽比旋风分离器内气固流动的数值模拟

采用雷诺应力模型（Reynolds stress model,RSM）对两种不同入口高宽比分离器的气相流场进行了数值模拟,同时用拉格朗日法模拟了分离器内颗粒的运动轨迹.结果表明：数值计算得到的分离器效率和气相流场分布与试验结果基本吻合;在相同入口面积下,入口高宽比大的分离器B的分离效率比分离器A约高2%~8%,但分离器B的压降也更大;分离器B内气相的切向速度大、颗粒平均进入位置低以及颗粒运动至壁面的距离短,有利于提高其分离效率,但是分离器B的短路流及排尘口附近偏心的纵向环流更大,不利于分离效率的提高.

一种基于流管收缩比分析超声速进气道临界性能的方法

为研究进气道临界总压恢复系数与主要几何特征之间的联系,通过零维流动分析,提出了一种基于流管收缩比计算临界总压恢复系数的理论公式,并与通常采用的基于喉道参数的计算方法进行对比分析,阐述了两种计算方法的不同物理意义。该公式表明,进气道临界总压恢复系数等于流管收缩比、函数K(Ma th)及Q(Ma∞)三项乘积。研究了计算公式中各变量对临界总压恢复系数的影响,分析表明流管收缩比是决定临界总压恢复系数的重要变量。在大多数情况下,流管收缩比与临界总压恢复系数具有正相关的变化规律。

柱形旋流器油水分离效果研究

建立了一套柱形旋流器油水分离实验流程。通过改变油水两相泵入速度、溢流口流量等操作参数,得到了入口流速、分水率对分离效果的影响趋势,并比较了二级柱形旋流器并联和串联两种连接方式的分离效果。结果表明,一定结构的柱形旋流器存在最优的入口流速和分水率;在2.8 m/s的入口流速下,二级柱形旋流器并联油水分离效果最好。

螺旋进气道形状和位置偏差对涡流比及流量系数的影响

螺旋进气道在铸造和机械加工过程中会出现各种各样的偏差,从而影响直喷式柴油机的动力经济性和排放特性.作者设计了几种机构来模拟不同类型的偏差,如带有倾斜误差的进气道、带有纵向胀大误差的进气道以及带有偏心误差的进气道等.在稳流试验台上检测气道的流动特性.实验结果表明,倾斜气道会显著影响涡流比.抬高气道入口端会明显降低涡流比,反之则涡流比提高;气道胀大会使流量系数和涡流比都降低;当偏心出现在气道出口方向时,涡流比略有增加;当偏心出现在气道入口方向时,涡流比会显著降低.

CFD优化精馏塔板的液流状况

应用计算机对过程的模拟(仿真)研究是过程系统工程(process systems engineering,简称PSE)的重要组成部分,本文应用计算流体力学(computational fluid dynamics,简称CFD)模拟研究了液流强度和堰径比对精馏塔板液流状况的影响,并且模拟计算了改进塔板液流状况的两种方案:设置不等高入口堰和设置圆弧型的导流板,从模拟结果可以看出,以上两种方案都能够很好的达到优化塔板液流状况的目的。

混流式喷水推进器空化性能数值分析

基于RANS方程,结合切应力输运湍流模型计算某混流式喷水推进器无空化状态时的流体动力性能。与厂商提供的数据对比表明,建立的数值模型和计算方法是可信的。在此基础上,嵌入基于Rayleigh-Plesset方程的混合物均相流空化模型,对空化条件时该喷水推进器流体动力性能进行数值计算与分析。计算得到的功率、推力等宏观量与厂商提供的数据吻合较好。计算得到空化发生时的临界进口速比值。计算结果表明,喷水推进器叶轮发生空化时,泵的流量、扬程明显降低,进而引起推力下降;在等功率条件下,随着进口速比的降低,喷水推进器叶轮空化程度越来越严重;进水流道空化的发生较喷泵叶轮空化滞后,喷口部分仅产生空间空化,较叶轮空化提前,而固壁上不产生空化;数值计算结果还证明空化限制线即为等汽蚀比转速线,且空化限制线1、2、3对应的汽蚀比转速分别约为1280、1390和1580。

钝化孔板下游流场畸变在线识别与测量值修正

针对标准孔板钝化问题,提出了在线识别算法,并给出具体方案。首先利用Fluent流场仿真软件对孔板正常工况和钝化工况进行建模与仿真计算,与国家标准对比验证了仿真的正确性。为实现识别算法,在孔板法兰取压点P1、P2后方,再增设一取压点P3,计算3个取压点中两组差压的比值,得到差压比值因子η,因子η反映了钝化的孔板下游流场相对于正常工况时的畸变程度,即η反映了钝化程度。通过分析仿真计算结果确定了P3取压点的最佳选取位置,并进一步得出η与钝化程度的计算式。通过计算式,可以实现钝化的在线识别与流量测量值修正。现场实流实验验证了识别算法的有效性,相对于国家标准,算法的误差在±1.0%以内。

循环流化床烟气脱硫模拟中试试验研究

在东南大学热能工程研究所建立的60 0mm ,处理烟气量达 2 0 0 0m3/h(标准状态 ,下同 )的循环流化床烟气脱硫中试试验台上 ,进行了循环流化床烟气脱硫的试验研究 .分别讨论了Ca与S的摩尔比、烟气流量、入口SO2 浓度、反应温度等因素对脱硫效率影响 .试验结果表明 ,Ca与S的摩尔比和反应温度的影响最为显著 ,烟气量和SO2 入口浓度也有一定的影响 ,但不十分明显 ,说明循环流化床烟气脱硫工艺对锅炉负荷和燃煤煤种的变化有较好的适应性 .

流量比对高位预旋进气涡轮转静盘腔换热影响的数值研究

为提高冷气与涡轮盘的换热效果,针对高位预旋30°进气的转静腔耦合涡轮盘系统进行了数值模拟,研究了不同转静腔入口流量比率和转速对系统换热效果的影响,并对涡轮盘壁面平均努塞尔数Nu、盘体最高温度、盘体温度均匀性进行了分析。结果表明:转速为1×10^(4)r/min时,随着转静腔1和2的入口流量比率P从1增加到6,左壁面Nu稍有上升,右壁面Nu先增后减,在P=3时最大;盘体最高温度降低,且P<3时降幅较大,之后较小。盘体温度均匀性受P影响较小,P>2后,左右两侧径向温度均匀性几乎一致,轴向温度均匀性均优于径向,盘缘处轴向温度均匀性最差,越靠近轴心均匀性越好。在转速为6×10^(3)~1.2×10^(4)r/min时,随转速增大,系统换热效果增强。当转速<1×10;r/min时,随P增大,冷气与涡轮盘之间换热不断改善;转速>1×10^(4)r/min后,P在3附近综合换热效果较好。

飞翼无人机保形进排气系统动力数值模拟与流场特性分析

利用计算流体力学(CFD)方法,分别针对保形进气道和膨胀尾喷管风洞试验模型进行数值模拟,验证了模拟进排气动力边界条件的可靠性。再基于飞翼布局无人机双发动机布局下隐身与保形设计要求,设计了矩形进气口S弯进气道和圆矩形喷口尾喷管,并利用数值模拟方法对无人机进排气系统进行了计算分析,获得了无人机全机气动性能及进排气三维流场特性。研究表明:1进排气使得飞翼无人机升阻特性有所下降,但低马赫数(0.5,0.6)下能改善无人机俯仰力矩特性;2随着马赫数增加,进气道总压恢复系数减小且畸变指数增加,而尾喷管轴向推力系数则升高,且推力性能保持较好;高马赫数(0.7)下进气道特性下降较快,设计时应多考虑飞行包线右边界;3侧滑角对于进气道性能影响较大,而尾喷管推力性能受侧滑角影响较小,设计时应多考虑进气道侧滑影响。

带进气畸变的船用离心风机特性研究

针对船用空调器中的新回风混合畸变对风机性能的影响进行了研究,搭建了模拟试验台,并采用CFD数值模拟分析了不同混合长度、不同风量比对船用离心风机的影响,提出了综合雷诺数、水力半径和混合长度预测混合畸变压力损失数学模型。结果表明,在来流畸变情况下,风机气动效率平均降低6.5%,压力降低约200 Pa;总风量保持不变的情况下,在风量比为5时,风机性能最高,随着风量比继续变大,风机特性近似保持不变。研究结果为空调器风机设计选型时考虑进气畸变的影响提供参考。

进、排气壳对全流道大膨胀比涡轮性能影响研究

为了分析船用增压器涡轮机进、排气系统对涡轮级性能的影响,采用数值模拟方法对全流道大膨胀比跨声速涡轮与进、排气壳耦合计算,探索进、排气壳耦合对涡轮级性能参数的影响,结果表明:进气壳主要影响静叶10%和50%叶高前缘的来流气流角周向分布,静叶排会减弱进气壳带来的参数周向不均匀性,排气壳主要影响动叶尾缘0°与180°周向位置总压与静压分布,进、排气壳耦合涡轮级总静效率比均匀边界涡轮级下降0.25%。

静态混合器内分散相混合性能数值模拟

为了解决熔体纺丝过程中由于在线添加颗粒引起的熔体品质降低与混合性能变差的问题,采用有限元法针对不同结构与工艺参数的静态混合器进行了建模与求解,得到了后处理结果。同时,为了定量表征其混合性能,采用示踪粒子技术求解了分离尺度、停留时间分布以及最大剪切应力的累积概率函数并对其进行统计学分析。结果表明:长径比由1升高到1.75时,管道内压力降由0.52 MPa上升至0.62 MPa,分离尺度差异不大,停留时间峰值逐渐减小,最大剪切应力大于5 kPa的概率提升到78%。进口流量从2×10^(-5)m^(3)/s提升到8×10^(-5)m^(3)/s,熔体的压力降从0.52 MPa上升至2.00 MPa,分离尺度变化较小,停留时间的峰值变高,最大剪切应力大于10 kPa的概率达到83%。

基于气液分离的天然气双入口优化设计

天然气井采出的天然气通常含一定量的液体,这些液体不仅会堵塞管线、阀门,影响流量计计量的精确度,而且还会腐蚀设备、管道、仪表,易引起振动,破坏管道结构,严重影响集输生产管道寿命与安全,因此需尽快对采出液进行气液分离。为此,根据油气田现场采出液工况,设计了双入口气液分离器,并采用欧拉多相流模型,耦合标准k-ε湍流模型,对分离器内部的流场分布和分离特性开展了数值模拟研究。研究结果表明:(1)由于双入口的存在,分离器入口处湍流强度较小,流动较为平稳,能够增加入口气液混合液的分层程度,减少分离器下部发生折返的气体流量,进而减少气体出口带液量;(2)当入口液滴粒径大于0.1 mm时,仅有极少量的气体从液体出口流走,能够取得较好的分离效果;(3)随着分流比的减小,液体出口液体体积分数迅速增加,气体出口液体体积分数缓慢增加;(4)入口液体体积分数的变化主要影响分离后气体的纯度,对分离后液体的纯度影响较小。结论认为,在实际应用过程中,对于液滴粒径较小的来液工况,无论入口液体体积分数如何变化,均应调节分流比小于入口液体体积分数,使其液位略高于液体出口,以提高气液分离的效果。

一种基于横向压力控制的前体流动特性分析

为了探究前体构型对进气道气动特性的影响,在相同的压缩角度及几何长度下,设计了升力体前体和类乘波体前体两种构型方案。就不同构型对前体/进气道气动特性的影响开展了三维数值模拟研究,并与进气道二维流动进行了对比分析。结果显示,相比于进气道二维流动,三维升力体和类乘波体前体构型在设计状态和不同来流攻角下均存在一定的横向压力梯度,导致进气道流量捕获能力降低,与二维流动差异较大,前者流量系数下降20.3%,后者下降9.0%。相比较而言,类乘波体前体在流量捕获能力及升阻比等方面性能更优。增大类乘波体前体宽度比和前缘角度,可以减小前体横向压力梯度,提高前体/进气道的流量捕获能力,前者提高了升阻比,而后者则降低了升阻比。

某型号柴油机进气道流动特性的仿真研究

为研究柴油机的进气流动特性,通过流体动力学计算分析气门升程对进气流动特性的影响规律,利用AVLFire软件对进气流动过程进行了模拟,计算得到流量系数、涡流比以及流场的速度分布。研究结果表明,当气门升程增大时,进气道的流量系数和涡流比均随气门升程的增加而增大,并且随着气流速度锋面的扩散,缸内形成的气流涡团会从气门流动间隙附近向四周发展。

天然气汇管噪声模拟研究

以济南市某天然气高中压站的汇管为例,基于大涡模拟和FW-H声比拟理论,对不同几何参数和运行条件下的汇管进行数值模拟,得到其流场及声信号的变化规律,并提出合理的汇管运行方式。结果显示:汇管以1^(#)管和3^(#)管作为进口管、流量比Q_(1)∶Q_(3)=1∶2、出口管曲率半径为63 mm的条件运行时,降噪效果明显,与不利工况相比,声压级的最大值降低19.6 dB,平均值降低16.7 dB,达到较好的主动降噪效果。