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水下爆轰燃气泡形态与激波传播过程研究

推进技术 2021年第4期42卷 755-764页

作者：侯子伟翁春生贾芳黄孝龙王传位南京理工大学瞬态物理重点实验室江苏南京210094 中国兵器工业第三○四厂山西长治046012

针对脉冲爆轰发动机在水下工作过程中形成的燃气射流问题,搭建了水下爆轰燃气实验系统,研究了第一个爆轰循环中燃气泡发展变化过程。建立了基于气液两相双流体模型的脉冲爆轰发动机水下喷射模型,采用时-空守恒元和求解元方法,模拟了爆... 详细信息

针对脉冲爆轰发动机在水下工作过程中形成的燃气射流问题,搭建了水下爆轰燃气实验系统,研究了第一个爆轰循环中燃气泡发展变化过程。建立了基于气液两相双流体模型的脉冲爆轰发动机水下喷射模型,采用时-空守恒元和求解元方法,模拟了爆轰波与水相互作用形成的激波的传播及衰减过程。研究结果表明:燃气射流冲击水面时,燃气泡形态在膨胀阶段受到水介质的阻滞作用呈现"豌豆"状,其轴向与径向尺寸有不同的发展规律;同时燃气泡内由于气水冲击作用和燃气扩散受限一直保持较高压力;前导激波传播速度远大于燃气泡发展速度,脱离燃气泡后激波压力值迅速衰减至常压量级,且在中心轴线上的衰减最为剧烈,导致其强度指向性发生改变;前导激波在气液交界面处产生反射,回传的反射激波与后续气流形成的拦截激波碰撞在燃气泡内出现回击现象,使管口附近形成较高的压力峰值。

关键词：脉冲爆轰发动机水下燃气射流燃气泡激波两相流

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导弹水下发射燃气泡计算

应用力学学报 1997年第3期14卷 1-7页

作者：王诚叶取源何友声上海交通大学

采用一维非定常气流场模型和轴对称理想水流场模型，对水下发射导弹的尾部非定常燃气泡内外流场进行了耦合数值求解。考虑了高温燃气与水介质之间的传热、汽化等对泡内气体流动的影响，数值模拟了燃气泡的生长和脱落过程，揭示了燃气泡... 详细信息

采用一维非定常气流场模型和轴对称理想水流场模型，对水下发射导弹的尾部非定常燃气泡内外流场进行了耦合数值求解。考虑了高温燃气与水介质之间的传热、汽化等对泡内气体流动的影响，数值模拟了燃气泡的生长和脱落过程，揭示了燃气泡中气体流动的基本规律，计算了燃气泡发展对导弹所受水动力的影响。

关键词：水下发射燃气泡汽化效应特征线法导弹

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水下高速射流的燃气泡变化过程研究

水下高速射流的燃气泡变化过程研究

作者：陈宏哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

水下发射导弹具有隐蔽性和可移动性两大突出的优点,但同时也涉及极为复杂的物理过程。其中以导弹发动机水下点火初期的非定常过程为最甚。本文采用数值模拟方法,对导弹在水下点火发射初期这一非定常过程进行了研究。导弹(发动机)在水下... 详细信息

水下发射导弹具有隐蔽性和可移动性两大突出的优点,但同时也涉及极为复杂的物理过程。其中以导弹发动机水下点火初期的非定常过程为最甚。本文采用数值模拟方法,对导弹在水下点火发射初期这一非定常过程进行了研究。导弹(发动机)在水下点火以后,从燃烧室产生的燃气流经喷管喷入水环境中,会在导弹尾部形成一个燃气泡。本文通过对复杂物理模型的简化,采用计算流体力学软件FLUNET所提供的VOF方法对气水界面进行追踪。建立了非定常条件下二维轴对称燃气射流的数学模型,运用有限容积法和瞬态SIMPLE计算式,来模拟整个气水流场的形态。数值计算显示,燃气泡在轴线上生长比径向方向迅速,最后燃气泡将出现“颈缩”现象,最后燃气泡发生断裂,在气泡断裂瞬间,喷管内出现亚音速流,压力将急剧增大,在到达峰值以后迅速回落。计算中捕捉到了激波的运动情况,得到了流场中马赫数以及燃气泡内压力分布情况。本文还考虑了加入套筒对整个流场的影响,给出了这种情况下流场参数和燃气泡的发展过程,并与大空间情况下的流场结构进行了比较。

关键词：燃气泡 VOF 数值模拟

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不同发射深度下喷管燃气射流特性研究

水动力学研究与进展（A辑） 2012年第6期27卷 659-666页

作者：陈焕龙王柠刘华坪俞建阳陈浮许佳伟哈尔滨工业大学能源科学与工程学院哈尔滨150001 中海石油气电集团有限责任公司北京100027

为了探索发射水深对发动机水下点火流场特性的影响机制,该文数值研究了不同水深条件下发动机水下点火时实验喷管气水两相流场的非定常演化过程。研究结果表明:射流初期,高密度水介质对喷管出口高温燃气泡强剪切流具有阻滞作用,导致了流... 详细信息

为了探索发射水深对发动机水下点火流场特性的影响机制,该文数值研究了不同水深条件下发动机水下点火时实验喷管气水两相流场的非定常演化过程。研究结果表明:射流初期,高密度水介质对喷管出口高温燃气泡强剪切流具有阻滞作用,导致了流场中的压力以及射流产生的推力波动比较剧烈;随着射流的发展,流场中的压力及射流产生的推力波动趋于平缓,波动幅值与频率也随之降低;喷管推力随工作水深的增加而减小,并且推力随时间的变化规律与喷管进口燃气总压变化趋势一致。

关键词：水下燃气射流燃气泡推力特性

不同深度水下发射超声速燃气射流流场特性分析

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推进技术 2024年

作者：崔祚薛牧遥尹超贵州理工学院航空航天工程学院上海新力动力设备研究所

基于雷诺时均Navier-Stokes(RANS)方法和流体体积（VOF）方法，建立水下燃气射流仿真模型，研究水下发射超声速燃气射流的流场特性，分析不同水深和不同扩张比对燃气射流物理过程的具体影响。结果表明，水下发射燃气射流的形态在很大程... 详细信息

基于雷诺时均Navier-Stokes(RANS)方法和流体体积（VOF）方法，建立水下燃气射流仿真模型，研究水下发射超声速燃气射流的流场特性，分析不同水深和不同扩张比对燃气射流物理过程的具体影响。结果表明，水下发射燃气射流的形态在很大程度上取决于喷管扩张比和水深两个参数。在同一水深条件下，当扩张比为1.8时，燃气泡呈现“蘑菇”状，沿喷管轴线周期性膨胀和颈缩。扩张比为4.25时，燃气泡呈现向周围不断扩张的射流状态，膨胀和颈缩速度快且发生位置不再对称。水下发射流场压力的振荡特性与燃气泡气液界面的不稳定性直接相关，远离燃气泡的区域压力扰动小。水深越深，同一扩张比喷管平均推力越小；同一水深，发动机扩张比越大，对应的推力振荡越大。

关键词：水下发射高速燃气射流流场特性推力脉动燃气泡

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燃气发生器水下射流流场特性研究

燃气发生器水下射流流场特性研究

作者：孙根明大连理工大学

学位级别：硕士

水下燃气射流是指燃气膨胀加速后,对液相水环境发生冲击。与燃气性质相比,液相水环境具有大惯性、高密度的特点,所以燃气在水中作复杂的气液掺混流动,并伴随着介质间的传热传质等现象。水下气体射流具有重要的工程应用背景,从早期冶金... 详细信息

水下燃气射流是指燃气膨胀加速后,对液相水环境发生冲击。与燃气性质相比,液相水环境具有大惯性、高密度的特点,所以燃气在水中作复杂的气液掺混流动,并伴随着介质间的传热传质等现象。水下气体射流具有重要的工程应用背景,从早期冶金行业使用气体射入到液态金属中来进行液态金属搅拌和气体-金属反应到近期以燃气喷射为动力的固体火箭发动机,关于水下燃气射流的研究一直是国内外学者的关注点。研究水下燃气射流,对多相流学科的发展和以水下燃气喷射为动力的工程应用都起到了重要的作用。本文以Ansys Fluent作为数值计算的研究工具,建立了考虑相变过程的水下燃气射流计算模型。研究了轴对称射流条件下气泡的生成与演变过程,观察到“颈缩”、“胀鼓”、“准回击”等水下气体射流的经典现象。研究了变工况非轴对称条件下燃气泡的生成与演变过程:受气液两相流剪切力和射流的不稳定性影响,燃气泡呈现“非对称”外形,通过对有无相变过程的射流工况进行对比,发现相变过程会增加燃气射流的动量,产生的蒸汽主要在射流前端的“涡区”驻留;在点火初期,来流会在喷管出口造成较大压力升,可通过提高喷管的“开盖压力”或延迟“开盖时间”等对喷管结构进行保护,来流对尾流场的压力脉动具有一定的抑制作用;燃气射流阻力与水深和攻角成正比,随着水深的增加,燃气射流核心区范围和速度减小。

关键词：燃气射流数值计算相变燃气泡涡区

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水下发射燃气射流初期流场的数值研究

水下发射燃气射流初期流场的数值研究

作者：徐琴华哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

水下发射导弹具有隐蔽性和可移动性两大突出的优点，但同时也涉及极为复杂的物理过程。其中以导弹发动机水下点火初期的非定常过程为最甚。本文采用数值模拟方法，对导弹在水下点火发射燃气射流初期这一非定常过程进行了研究。导弹(发动... 详细信息

水下发射导弹具有隐蔽性和可移动性两大突出的优点，但同时也涉及极为复杂的物理过程。其中以导弹发动机水下点火初期的非定常过程为最甚。本文采用数值模拟方法，对导弹在水下点火发射燃气射流初期这一非定常过程进行了研究。导弹(发动机)在水下点火以后，从燃烧室产生的燃气流经喷管喷入水环境中，会在导弹尾部形成一个燃气泡。本文通过对复杂物理模型的简化，采用计算流体力学软件FLUNET所提供的VOF方法对气水界面进行追踪。建立了非定常条件下二维轴对称燃气射流的数学模型，运用有限容积法和瞬态SIMPLE计算式，来模拟整个气水流场的形态。在时间步进求解的过程中，计算了非定常状态各个时刻的气流场和水流场的参数分布，得到了燃气泡的成长变化过程、激波运动和激波面形状。本文还考虑了喷管入口压力上升速率和发射深度对整个流场的影响，给出了不同情况下流场参数和燃气泡的发展过程，并通过对气泡形状、激波位置和激波面形状的比较，得到了不同情况下的流场变化规律：随着压力上升速率的增加，燃气泡和激波形状发展速度加快，激波位置迁移的也快;随着发射深度的增加，燃气泡形状变得更为细长。

关键词：水下发射燃气射流燃气泡 VOF 数值模拟

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具有推力矢量控制系统的导弹流体动力

上海交通大学学报 2001年第4期35卷 625-629页

作者：单雪雄杨荣国叶取源上海交通大学工程力学系上海200030

采用数值模拟方法研究了带有摆动喷管的导弹水下发射时燃气流场与水流场的相互干扰 ,及其对导弹所受水动力和气动力的影响 .计算采用燃气泡物理模型 ,通过水流场和气流场的耦合计算模拟整个流场的形态 .对水流场采用势流理论 ,通过三维 ... 详细信息

采用数值模拟方法研究了带有摆动喷管的导弹水下发射时燃气流场与水流场的相互干扰 ,及其对导弹所受水动力和气动力的影响 .计算采用燃气泡物理模型 ,通过水流场和气流场的耦合计算模拟整个流场的形态 .对水流场采用势流理论 ,通过三维 Hess- Smith方法进行求解 ;对燃气流场 ,以 Euler方程为基本方程 ,采用无波动、无自由参数的耗散差分格式 (NND差分格式 )进行求解 .在燃气泡壁面 ,水流场和燃气流场通过速度条件和压力条件相互耦合 .给出了不同时刻水流场和气流场的物理量分布、喷管摆动角与导弹力矩的关系 ,并对燃气泡的演变过程作了分析 .

关键词：燃气泡 Hess-Smith方法摆动喷管有限差分格式导弹流体动力学水流场气流场

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航行体水下点火三维流场数值模拟

西北工业大学学报 2012年第6期30卷 803-807页

作者：王鹏宁腾飞孟鹏西北工业大学航海学院陕西西安710072

采用三维网格和VOF(Volume of Fluids)多相流模型,对非轴对称、X型舵的航行体水下点火这一非稳态过程进行了三维流场数值模拟,捕捉了燃气泡的形成、发展及断裂过程,得到了航行体水下点火初期的流场变化和阻力变化,并进行了相关因素探讨... 详细信息

采用三维网格和VOF(Volume of Fluids)多相流模型,对非轴对称、X型舵的航行体水下点火这一非稳态过程进行了三维流场数值模拟,捕捉了燃气泡的形成、发展及断裂过程,得到了航行体水下点火初期的流场变化和阻力变化,并进行了相关因素探讨和结果对比分析。研究表明,燃气泡的发展变化过程对航行体流场和阻力产生影响。该研究可为航行体水下点火设计及试验提供参考。

关键词：三维网格水下点火 VOF模型燃气泡