同轴旋转可压缩气流中黏性液体射流形态研究

采用射流线性稳定性分析方法,考虑液体黏性、周围气流的同轴旋转运动以及可压缩性的条件下,建立了描述同轴旋转可压缩气流中黏性液体射流的数学模型,并进行了验证,研究了气流量纲为1旋转强度以及流体物性对液体射流不稳定形态的影响.研究表明:周围气流的旋转速度较小时,对射流起促稳作用,继续增大气流量纲为1旋转强度,开始对射流起促分裂作用;且随着气流旋转强度的增大,射流扰动沿周向方向发展,射流柱变的高度不对称.在研究参数范围内,气体可压缩性和气/液密度比均能促进射流的失稳,并会影响射流空间形态,尤其是在周向方向上能够改变射流的占优模式,增强射流的不对称性;液体黏性以及表面张力对射流均具有增强稳定性的作用.

舟山LNG取水泵站泥沙减淤清淤试验研究

LNG接收站取水流道内水流形态复杂,泥沙淤积问题往往难以避免,特别是在含沙量较高水域,流道内泥沙淤积可能威胁接收站的正常运营。为实现LNG取水泵站不停机条件下清淤,开展取水泵站射流冲刷物理模型试验,模拟了射流冲沙装置开启后吸水间射流水流特征及冲刷效果,探究了射流冲刷设置的喷嘴与翼墙夹角、射流流量、冲刷时间等因素影响下流道内减淤清淤效果。试验结果表明,在理想状态下吸水间射流冲沙装置连续作用12h基本可达到较为理想的清淤效果;一次大风浪过后,装置连续作用0.5h基本可达到较为理想的清淤效果。清淤效果视射流流量、喷嘴与翼墙夹角以及冲刷时间不同而有差别。结合取水泵站泥沙淤积物理模型试验研究成果,取水泵站淤积区主要发生在前池、过滤池末端、吸水间和消防泵附近,建议在这些区域安装射流冲沙装置,实现不停机状态下的减淤清淤,提高取水安全保证率,从而提高运营效益。

湍流模型对风琴管喷嘴空化射流数值模拟的影响分析

针对不同湍流模型对空化射流流场数值模拟影响问题,基于ZGB(Zwart-Gerber-Belamri)空化模型和WALE(wavelet analysis of Lagrangian errors)亚格子模型,采用大涡模拟(large eddy simulation,LES)和RANS(Reynolds-averaged Navier-Stokes)模型对风琴管喷嘴空化射流流场进行数值模拟研究,分析内外流场的压力分布、速度分布以及空化云演变规律,并将空化云演变规律与实验结果进行对比分析。结果表明,LES模型速度、压力分布更符合实际情况,空化云演变规律与高速摄像拍摄结果基本吻合,LES模型可以更准确地模拟风琴管喷嘴空化射流流场,对风琴管喷嘴结构优化、打击力度与目标靶距的预测更准确。

基于直接数值模拟的压力容器入口射流湍流模型评价

采用基于谱元法的开源软件Nek5000对压力容器入口射流进行直接数值模拟(DNS)。压力容器模拟在环向简化为1/3的尺度,主管段雷诺数为63700,下降段雷诺数为14014,工质为碘化钠溶液。通过对常见物理量进行统计,构建高精度湍流数据库。并采用FLUENT对常见的壁面函数和湍流模型进行适应性评价,评价标准包括速度、湍动能和湍流黏度。结果表明:在上升段Stress-ω模型适用性最好;在下降段,Standard k-ω模型适用性最优。

脉冲等离子体射流摩尔质量对其扩展特性的影响

脉冲等离子体射流特性是电热化学发射技术研究的重要内容。依据实验研究结果,采用Fluent软件中的VOF多相流模型对脉冲等离子体射流在大气中的扩展过程进行模拟,研究脉冲等离子体射流在近流场中的扩展特性及摩尔质量对扩展特性的影响规律。结果表明:仿真结果与实验数值基本吻合,射流形态和激波结构与等离子体射流图像基本相符,建立的模型比较可靠;摩尔质量越大,等离子体射流发展越迟缓,头部压力峰轴向位移越滞后,扩展初期的高温聚集区宽高比越大,射流的轴向扩展位移、速度以及掺混程度越小。本文研究结果可为电热化学发射技术及毛细管消融控制的相关研究提供参考。

凝固浴槽的圆形自由射流数值模拟

非溶剂致相分离的干喷湿纺法所制中空纤维膜的微结构与凝固浴的流场结构密切相关。常见的凝固浴流动更新类似于圆形自由射流。该流场结构不仅影响溶液纺丝的稳定性,还影响其分相成膜时的双扩散行为。合适的湍流模型能提高计算的准确性与可靠性,因此采用9种湍流模型来模拟圆形自由射流流动,得到了不同模型下的流体速度分布、起始段长度、湍流动能(k)、卷吸量等参量结果,并与实验值及理论解进行对比分析。结果表明,在k与湍流动能耗散率(ε)中增加了两个附加项(D,E)的Launder与Sharma(LS)模型,对速度分布的预测最准确,轴向无量纲速度平均误差为7.14%,起始段长度与实验值相比平均误差最小为10.7%;Prandtl数σk对水流扩散有较大影响,通过修正σk,能提高LS模型的速度分布预测能力,当σk取0.15时,起始段与主体段的平均相对误差降至2.75%,雷诺数为6378.2条件下的卷吸量预测平均误差为3.57%。因此,在具有圆形自由射流的凝固浴槽数值模拟中,建议采用LS模型。

介质管介电常数对大气压Ar冷等离子体射流特性的影响

通过二维流体模型,研究介质管的介电常数对大气压氩气冷等离子体射流放电性质的影响.结果表明,射流在介质管内外具有不同的放电性质.当射流在介质管内时,电离波沿着介质管内表面向管口传播,因而呈现环状结构,其传播速度先增加后减小.介电常数越大,环形结构的半径越小,电子密度越低,射流传播的速度也越小.当射流喷出管口后,射流的传播速度迅速提升,然后减小,介电常数越大,提升越快.随着射流的传播,环状结构不断收缩,最终消失.研究结果对大气压冷等离子体源的设计和优化具有一定的理论指导意义.

射流与气固两相流混合过程的测试与分析方法

湍流射流是气固快速反应过程中气相原料与固体颗粒的理想混合形式,采取有效的测试技术与分析方法获得射流与气固两相流的混合行为对研究反应过程具有重要意义。本文采用光纤探针技术获得了颗粒浓度动态数据,以提升管内颗粒聚团的传统分析方法为基础,结合小波分析,提出了射流与气固两相流混合过程中颗粒聚团的确定方法,并将射流影响区内气固间的瞬时接触状态分为颗粒聚团相、散式颗粒相以及未与颗粒充分混合的射流相。结合附壁射流理论,利用气体示踪技术获得的射流特征浓度分布结果,对理想条件下的射流中心线方程进行了修正,所得结果可预测气固两相流中射流的发展趋势。利用臭氧分解示踪技术,获得了原料射流与气固两相流混合过程中的局部反应结果,将其与气固动态混合特征及射流轨迹模型相结合,可分析流动参数对反应的影响。

射孔弹侵彻岩层及能量转化效率研究

为研究射孔弹侵彻岩层的过程及爆炸后能量的分布情况,基于对称罚函数的流固耦合算法及岩层的RHT(Redel-Hiermaier-Thoma)本构模型,借助显式非线性动力学分析程序LS-DYNA,建立了1/2二维射孔弹-空气-岩层对称数值模拟模型,系统地分析了射孔弹在不同的装药类型、药型罩壁厚及锥角下射流侵彻岩层的深度及能量转化情况。研究结果表明:射孔弹主装炸药的爆速和猛度对射流侵彻岩层深度的影响显著;射孔弹炸药的爆速和猛度越高,射流的头部峰值速度越高,侵彻岩层深度越大;射孔弹主装炸药为RDX时,射流的有效能量转化率最大,其次分别为HNS、HMX。药型罩壁厚在0.6~1.5 mm范围内,适当减小厚度,可以提升射流的头部速度及岩层的穿深;但与此同时,射流的有效能量占比将降低,爆轰能量将增大。锥角在55°~70°范围内,适当减小锥角,射流的有效能量转化率及侵彻岩层的深度将增大,爆轰能量转化率将减小。

波浪在陡坡上传播演化破碎特性试验研究

文中选取不同波浪入射参数和水深,分析了波浪在陡坡上传播破碎规律,采用高速摄像机对卷破破碎组次进行拍摄,结合频谱分析对陡坡上波浪破碎形态、破碎位置、波能演化特性进行研究.结果表明:对于卷破破碎波,影响最大的因素是水深,其次是波高和周期.卷破波破碎的过程是水团和卷舌不断演化扩大最后消失的过程,是波能从低频向高频转换的过程,高倍频向主频及次频转移最终趋于稳定标志着卷破破碎的结束.

海底电缆覆盖物清理的移动射流过程仿真分析

在实际工况中,高压喷嘴存在横向移动的速度,使得射流对土体的冲埋深度难以预测,导致海缆表面覆盖物清理不完全。针对此问题,建立了优化后的流场与冲埋深度预测理论模型,利用数值仿真对模型进行了验证。首先,建立了一种喷嘴流场优化模型,阐述了冲埋深度的预测方法;其次,建立了水射流破土数值仿真模型,选取射流压强、喷嘴直径、喷嘴横移速度以及土壤剪切强度4种控制参数,分析了不同参数对冲埋深度的影响。结果表明,随着射流压强、喷嘴直径的增大,冲坑深度逐渐增大;随着喷嘴横移速度和土体剪切强度的增加,冲坑深度逐渐减小。最后,理论结果和仿真结果进行对比,两者误差在允许范围之内。该模型可在一定程度上解决冲埋深度难以预测的问题,可为工程应用提供指导。

基于锥形喷流模型的BL Lac和FSRQ多波段辐射特性研究

利用锥形喷流模型研究了蝎虎天体(BL Lac)1ES 0502+675和平谱射电类星体(FSRQ)PKS 0736+017的多波段辐射并获得模型辐射参数.结果表明,两类天体在锥形喷流模型中的模型辐射参数存在差异:FSRQ的γ射线辐射区、磁场强度和喷流功率比BL Lac大,但其体洛伦兹因子比BL Lac小.

柴油发动机燃油跨/超临界喷射特性数值仿真

针对柴油发动机工作条件下喷雾特性变化复杂的问题,利用计算流体动力学软件CONVERGE,采用大涡模拟(Large Eddy Simulation,LES)方法进行跨/超临界柴油机燃料正庚烷的射流喷雾特性仿真分析,对LES中湍流亚格子模型进行深入研究,并从质量分数、密度和温度三方面对比跨/超临界射流的喷雾特性。研究结果表明:随机湍流分散模型开启会使喷雾贯穿距的预测值更接近试验值,当湍流分散系数c_(ps)=0.16时模型预测的贯穿距比c_(ps)=0.05更加贴合试验的结果;跨临界射流存在更加类似于液态的区域,升温时从环境吸收更多热量;与跨临界射流相比,超临界射流喷雾的温度扩散更加迅速,并且喷雾前端温度接近环境温度;跨临界射流中类似液态区域形成了较大的密度分层,抑制喷雾扩散,超临界射流喷雾外层的絮状结构比跨临界射流出现得更早,絮状结构范围更大,径向扩散作用更强;两种状态下温度、密度和质量分数分布呈现一定的对应关系,即温度、质量分数和密度都在中心轴线靠近喷油器处最大,随着轴向距离和径向扩散的增大而减小。

喷气燃料烃类组成与性质构效关系研究进展

通过喷气燃料分子水平研究和表征,掌握喷气燃料烃类组成,进而与理化性质进行构效联系,对喷气燃料性质预测、快评技术研发和高性能喷气燃料设计等具有重要指导作用。综述了喷气燃料的燃烧性、挥发性、低温流动性、安定性、润滑性、导电性、洁净性和燃料烃类组成与常规理化性质的定性关联规律,归纳了具有代表性的定量关系模型。总结了燃料的化学组成分析手段,认为全二维气相色谱应用于喷气燃料烃族及碳数分布等分子水平表征更准确。展望了预测模型的开发方向,指出相比于现有多元线性回归(MLR)、加权平均(WA)、偏最小二乘(PLS)、修正加权平均(MWA)、支持向量机(SVM)等建模方法,人工神经网络(ANN)是未来定量关系模型的研究重点。

基于部件级模型的涡扇发动机红外特征预测方法

为了在涡扇发动机总体设计和系统仿真阶段对红外特征快速评估,针对小涵道比涡扇发动机典型的轴对称式排气系统结构,提出了一种红外特征预测方法,并基于部件级模型构建了排气系统红外辐射强度的简化物理模型,以及尾喷流红外辐射强度的支持向量机模型,应用这两种模型分析了热力循环参数对发动机红外特征的影响,在开启加力后发动机红外辐射强度将比巡航状态提升1~2个数量级;讨论了发动机红外特征在飞行包线内的变化规律,在等转速条件下,排气系统红外辐射强度在低空高速状态的峰值约为高空低速状态谷值的1.35倍;尾喷流红外辐射强度在低空低速状态的峰值约为高空高速状态谷值的15倍;对比了外涵道引气和压气机引气冷却中心锥的红外抑制方案,前者对排气系统红外辐射的抑制效果优于后者,且对发动机总体性能的影响较小;最后分析了发动机过渡态时红外特征的变化趋势,其中排气系统红外辐射强度随油门的响应速率显著滞后于尾喷流红外辐射。

航空发动机积垢和在线清洗技术研究进展

随着中国民航事业的发展,航空发动机的经济性与安全性至关重要。压气机积垢是造成航空发动机性能降低的主要因素之一,发动机在线清洗是目前经济有效的除垢手段,积垢的清除效果与清洗系统参数密切相关。系统总结了发动机积垢机理和清除技术研究现状,分析评述了用于评估积垢效应的模型,考虑垢质颗粒运动过程中的聚合、破碎和表面侵蚀,进一步量化沉积效应和时间尺度,改进数值模拟过程、提高模型精度等方面尚需优化。同时对在线清洗参数和清洗时机进行了深入讨论,指出了不同在线清洗参数和清洗时机的清洗效果目前还处于初步研究阶段,还应加强对射流系统的喷雾覆盖范围、液滴尺寸和清洗频率的研究,建议在积垢程度、不同压气机尺寸和在线清洗经济性等方面进一步优化清洗工艺参数和清洗时机。

射流放大器的不对称性对偏转板伺服阀零偏的影响

针对偏转板伺服阀前置级放大器结构不对称导致零偏的问题,考虑两个接收腔结构尺寸不一致以及劈尖相对射流口不对称等因素,基于二维紊动射流理论建立了偏导射流放大器压力特性数学模型,分析了两个接收腔圆角、内角、喉部宽度不一致性以及劈尖相对射流口的偏移量对放大器压力特性以及零偏位移的影响。分析结果表明:由于接收腔圆角和接收腔宽度直接决定射流流出接收腔的面积,故接收腔圆角和宽度的不对称会对放大器零件产生较大影响,两接收腔圆角差值每增大10μm,会近似产生0.33μm的零偏,而两接收腔宽度差值每增大10μm,会近似产生1μm的零偏,接收孔内角的对称性和劈尖相对射流口的偏移则对放大器的零偏影响很小。减小两接收孔圆角和宽度的加工公差可以显著降低射流放大器的零偏,并提高射流放大器的一致性。

基于响应面分析的淹没水射流破土施工参数优化设计

针对水射流破土过程中射流孔深度及径宽难以确定的问题,以圆柱形喷嘴为研究对象,基于拉格朗日-欧拉流固耦合算法建立了淹没水射流破土的有限元模型,并通过室内实验验证了该有限元模型计算结果的准确性。基于响应面法建立了射流孔深度与径宽的预测模型,分析了喷嘴直径、射流靶距和射流压力3个因素及其交互作用对射流孔深度及径宽的影响规律,结合满意度函数对破土施工参数进行优化。结果表明:当选取特定破土深度(10 cm、15 cm和20 cm)时,较大的射流压力(7.2 MPa)、较小的射流靶距(1 cm)及合适的喷嘴直径(0.928 mm、1.164 mm和1.345 mm)可最大程度地保证射流孔的稳定性。针对特定目标破土深度,优化后的射流孔深度及径宽的预测值与实验值的误差均小于15%,表明预测结果合理可靠。

基于OpenFOAM对某溢洪道挑流水动力特性的两相流数值研究

挑流消能中水舌在空中段及跌落到下游水垫塘的过程中,均存在明显的气液两相流特性,为更加深入探明该过程中的水动力特性,需构建更加先进的气液两相流数值模型。运用CFD开源软件OpenFOAM构建两相流三维数值模型,通过挑流试验测得的水舌结果对该数值模型进行验证,结果表明数值模拟结果与试验结果吻合较好,同时通过数值研究发现κ-ωSST湍流模型优于κ-ε、κ-ω湍流模型。将κ-ωSST湍流模型得到的数值模拟结果与已有挑流射程经验公式进行比较,结果表明κ-ωSST湍流模型比经验公式计算结果更接近试验结果。最后,基于数值模拟结果分析射流作用下水垫塘的动水压力分布特征,发现塘底湍动能最大值位于距挑坎1.26L_(1)、1.23L_(2)、1.093L_(3)、1.001L_(4)处。最大塘底压强位于距挑坎约0.91L3处,此处也是整个计算域流速最低的流速滞点。研究结果可为挑流过程的相关研究提供参考。

基于大涡模拟方法的可压缩空化流流场数值模拟分析

针对可压缩空化流流场细节特征,对空化的回射流机制与凝结激波机制下的空化云演化过程进行大涡模拟。通过对比文献实验数据验证了可压缩空化流数值模拟方法的可靠性,并分析了空化数σ、CN空化数、St数和压力损失系数K等无量纲参数,发现数值模拟对空化流压力-速度耦合计算的准确性方面还有待进一步提升。两种空化机制情况下,涡环生长是空化云脱落后耗散过程,涡环溃灭成游离涡是耗散结果;通过大涡模拟实现两种机制下的空化模拟,对比发现回射流机制的空化的无量纲参数偏差较少,凝结激波具有一定偏差;凝结激波的功率谱密度分析发现满足-7/3标度律,回射流满足-5/3标度律。