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同轴环缝气流作用下锥形液膜线性稳定性分析

国防科技大学学报 2019年第2期41卷 17-23页

作者：康忠涛李清廉成鹏中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所高超声速冲压发动机技术重点实验室四川绵阳621000 国防科技大学高超声速冲压发动机技术重点实验室湖南长沙410073 国防科技大学空天科学学院湖南长沙410073

为了分析气液同轴离心式喷嘴的雾化机理,对同轴气体作用下的锥形液膜进行时间稳定性分析,推导同轴气体作用下锥形液膜的色散方程,建立离心式喷嘴出口参数预测模型,用于数值求解色散方程。结果表明:喷嘴出口液膜厚度随着喷注压降的增加... 详细信息

为了分析气液同轴离心式喷嘴的雾化机理,对同轴气体作用下的锥形液膜进行时间稳定性分析,推导同轴气体作用下锥形液膜的色散方程,建立离心式喷嘴出口参数预测模型,用于数值求解色散方程。结果表明:喷嘴出口液膜厚度随着喷注压降的增加而减小,喷雾锥角、液膜速度和轴向速度随着喷注压降的增加而增大。同轴气体作用下液膜由正弦模式的表面波主导,因为正弦模式的表面波增长率远大于曲张模式的表面波增长率。当环缝气体喷注速度较小时,增加气体速度会减小气液相对速度,从而减弱气液相互作用,使得液膜主导表面波增长率和频率减小、破碎时间和破碎长度增加。而当环缝气体速度超过一个临界值后,随着气体速度的增大,液膜主导表面波增长率和频率迅速增大,破碎时间和破碎长度迅速减小。

关键词：锥形液膜同轴环缝气流线性稳定性分析

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环形液层内热毛细对流的线性稳定性分析

工程热物理学报 2008年第7期29卷 1218-1220页

作者：石万元李友荣 M K Ermakov 今石宣之重庆大学动力工程学院重庆400044 俄罗斯科学院力学研究所日本九州大学先导物质化学研究所

为了了解液层深度对热毛细对流不稳定性的影响,利用线性稳定性理论分析了内径为20mm、外径为40mm、深度为1～20mm的环形液层内硅油(Pr=6.7)的热毛细对流,重点考察了发生热流体波的临界温差及热流体波的临界周向波数,结果表明,临界温差... 详细信息

为了了解液层深度对热毛细对流不稳定性的影响,利用线性稳定性理论分析了内径为20mm、外径为40mm、深度为1～20mm的环形液层内硅油(Pr=6.7)的热毛细对流,重点考察了发生热流体波的临界温差及热流体波的临界周向波数,结果表明,临界温差随液层深度的增加而降低。讨论了浮力对热流体波及其临界条件的影响,并证实了常重力条件下当液层厚度大于5mm时,热流体波呈静止状态这一现象。

关键词：热流体波热毛细对流线性稳定性分析不稳定性

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流向磁场下球形气泡绕流的线性稳定性分析

力学学报 2023年第7期55卷 1407-1416页

作者：郑晓琳潘君华倪明玖中国科学院大学工程科学学院北京100049

电磁冶金中氩气通常作为动力和载体将脱硫剂、脱氧剂吹入到液态金属中,因此存在磁场环境下气泡在液态金属中自由运动的问题,而绕流作为自由运动的特殊形态,是研究自由运动问题的第一步.本文通过有限元方法研究流向磁场作用下球形气泡绕... 详细信息

电磁冶金中氩气通常作为动力和载体将脱硫剂、脱氧剂吹入到液态金属中,因此存在磁场环境下气泡在液态金属中自由运动的问题,而绕流作为自由运动的特殊形态,是研究自由运动问题的第一步.本文通过有限元方法研究流向磁场作用下球形气泡绕流的全局线性稳定性,讨论基本流对时间-方位角模态小扰动的响应,发现了8个不稳定的驻定模态,并绘制它们在Re-Ha参数平面的中性曲线.结果显示方位角波数m=1的驻定模态首先导致第一次常规分岔,该模态已被广泛证实为轴对称绕流中最不稳定的模态,使轴对称尾迹转变为由一对反向旋转涡组成的单平面对称尾迹.同时第一次分岔的中性曲线展示磁场对球形气泡绕流先失稳后致稳的作用.后续分岔依次由定模态导致.这些分岔为认识磁场环境下气泡绕流的尾迹结构提供重要的参考价值.

关键词：球形气泡绕流线性稳定性分析磁场

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幂律流体液膜破裂的线性稳定性分析

航空动力学报 2012年第4期27卷 876-881页

作者：王枫富庆飞杨立军西北工业大学航天学院西安710072 北京航空航天大学宇航学院北京100191

为对凝胶推进剂撞击式喷嘴产生的液膜的破裂行为进行研究,使用线性稳定性分析方法并结合幂定律本构方程对幂律流体液膜的稳定性进行了研究,并对流体物性参数、流变参数等对液膜流动稳定性的影响规律进行了分析.结果发现:稠度系数、流动... 详细信息

为对凝胶推进剂撞击式喷嘴产生的液膜的破裂行为进行研究,使用线性稳定性分析方法并结合幂定律本构方程对幂律流体液膜的稳定性进行了研究,并对流体物性参数、流变参数等对液膜流动稳定性的影响规律进行了分析.结果发现:稠度系数、流动指数和表面张力越大,液膜表面扰动波的增长率越小,波长越大.而较高的液膜速度、气液密度比和液膜厚度都使扰动波增长率变大,但波长随液膜速度和气液密度比的增大而减小,而液膜厚度的情况却相反.理论计算与实验值的对比表明,线性稳定性分析能较准确地预测液膜的破碎长度,但预测的表面波长却大于实验值.

关键词：撞击式喷嘴凝胶推进剂幂律流体线性稳定性分析液膜

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人字形组合臂架空间压杆线性稳定性分析

中国机械工程 2013年第24期24卷 3323-3328页

作者：周奇才李文军周在磊熊肖磊同济大学上海201804

为研究人字形组合臂架结构的线性失稳载荷简易计算问题，进行了理论改进和仿真验证。首先从实体式人字形结构出发，采用柔度法推导出单柱轴向载荷算式，运用有限元和非线性拟合技术得到了法向铰约束下的等效约束系数，并结合算例检验了... 详细信息

为研究人字形组合臂架结构的线性失稳载荷简易计算问题，进行了理论改进和仿真验证。首先从实体式人字形结构出发，采用柔度法推导出单柱轴向载荷算式，运用有限元和非线性拟合技术得到了法向铰约束下的等效约束系数，并结合算例检验了单柱近似失稳载荷算式的准确性；然后考虑剪力的不利影响，给出了人字形组合臂架线性失稳载荷算式；最后使用算式计算两种典型构件截面形式的28个人字形组合臂架结构，同时使用SAP2000软件对其进行线性屈曲仿真。结果表明：对于十字形腹杆体系的人字形组合结构，臂架长宽比在1．790-5．865大范围内修正算式的计算精度有显著提高；当长宽比大于3时，误差基本呈减小趋势，并保持在-3．2％以内。

关键词：人字形组合臂架空间压杆线性稳定性分析起重机

基于谱元方法的非等径液桥内热毛细对流线性稳定性分析

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基于谱元方法的非等径液桥内热毛细对流线性稳定性分析

作者：汪悦重庆大学

学位级别：硕士

在大量的工业晶体生长技术中,常会出现形如非等径液桥的熔区,例如适用于生长高质量晶体的浮区法,生长高质量纤维晶体的基座法与生长大尺寸硅晶体的针眼法等。熔区内的热毛细对流不仅是微重力流体物理中的一类重要基础问题,而且对晶体生... 详细信息

在大量的工业晶体生长技术中,常会出现形如非等径液桥的熔区,例如适用于生长高质量晶体的浮区法,生长高质量纤维晶体的基座法与生长大尺寸硅晶体的针眼法等。熔区内的热毛细对流不仅是微重力流体物理中的一类重要基础问题,而且对晶体生长过程中的物质与热输运有重要影响,其不稳定性直接关系着晶体生长的质量。尽管非等径液桥在实际的晶体生长过程中十分常见,但以往的研究重点大多都集中在等径的半浮区等径液桥模型上,因此非常有必要对非等径液桥内的热毛细对流及其不稳定性进行研究。为此,本文采用基于高精度谱元方法的线性稳定性分析与扰动能量分析,在微重力条件下系统研究了普朗特数、加热方式、半径比、高径比与体积比对非等径液桥内热毛细对流不稳定性及其失稳机制的影响。本文完成的主要工作内容与结果如下:首先,选取硅熔体(Pr=0.011)在不同加热方式下系统研究了半径比、高径比与体积比对小普朗特数非等径液桥内热毛细对流不稳定性的影响。与典型的等径液桥(Γ=1)不同,对于底部加热的非等径液桥,当半径比足够小(Γ≤0.672)时,流动失稳为纯水动力学效应引发的振荡失稳。在半径比Γ=0.5的情况下,流动的失稳临界马兰戈尼数随高径比的减小而增大,随体积比的减小呈先减小后增大的趋势。当液桥从顶部加热时,流动稳定性随半径比的减小得到了显著提高,流动失稳是由水动力学机制引发的静态失稳。当半径比Γ=0.5时,流动的失稳临界马兰戈尼数随着高径比/体积比的减小单调增大。不论是哪种加热方式,此时流动的失稳本质上都是一种纯水动力学现象。其次,选用Li Ca Al F熔体(Pr=1.4)系统研究了加热方式、半径比、高径比与体积比对大普朗特数非等径液桥内热毛细对流不稳定性的影响。不论是底部加热还是顶部加热,流动失稳主要都是由热毛细机制所引发的振荡失稳。当液桥从底部加热时,流动失稳的无量纲振荡频率随半径比的减小出现骤降的现象,此后失稳临界马兰戈尼数随半径比的减小呈先减小后增大的趋势。取半径比Γ=0.5,失稳临界马兰戈尼数随着高径比/体积比的减小不断增大。对于顶部加热的非等径液桥,流动稳定性随半径比的减小得到显著提高。固定半径比为Γ=0.5,当高径比减小至0.87稳定性及其失稳机制的影响。在不同普朗特数下,流动失稳大致分为三种类型,不同加热方式下这三种流动失稳类型所在的普朗特数区间有所不同。第一种失稳是由纯水动力学机制造成的,第二种失稳是由水动力学机制与热毛细机制共同作用所造成的,第三种则是热毛细机制主导所引发的。此外,当非等径液桥从底部加热时,所有普朗特数下流动的失稳模式均为振荡失稳。而对于顶部加热的非等径液桥,当普朗特数处于0.001≤Pr≤1.2范围内时,流动的失稳模式为静态失稳,并且失稳临界马兰戈尼数随着普朗特数的增大有着数量级的提高。

关键词：非等径液桥热毛细对流线性稳定性分析扰动能量分析谱元方法

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环形液池内热毛细对流的线性稳定性分析

环形液池内热毛细对流的线性稳定性分析

作者：刘玉姗重庆大学

学位级别：硕士

在熔体法晶体生长过程中,由表面张力梯度引起的热毛细对流成为影响材料品质的突出因素,因此,深入研究热毛细对流的物理机制不仅对流体物理基础研究有重要意义,对工业生产也有一定的实用价值。本文建立了环形液池内热毛细对流的物理模型... 详细信息

在熔体法晶体生长过程中,由表面张力梯度引起的热毛细对流成为影响材料品质的突出因素,因此,深入研究热毛细对流的物理机制不仅对流体物理基础研究有重要意义,对工业生产也有一定的实用价值。本文建立了环形液池内热毛细对流的物理模型和数学模型,液池外壁被加热,内壁被冷却,自由表面和底面均绝热。采用线性稳定性方法分析得到了环形液池内低Pr数流体热毛细流动转化的临界条件,即临界Marangoni数和临界波数,分别讨论了重力和微重力条件下液池深宽比、半径比、旋转速度等对热毛细对流转变条件的影响,主要结论如下:(1)对于环形液池内的热毛细流动,当Marangoni数较小时,流动是稳态轴对称流动,当Marangoni数逐渐增大,超过某特定值后,流动会失稳转变为三维振荡流动,即存在临界Marangoni数;(2)在微重力条件下,随着液池深宽比的增加,临界Marangoni数和临界波数都会逐渐减小,当深宽比大于0.12后,临界波数基本不变;随着半径比的增加,临界Marangoni逐渐减小,但减小的幅度不大,而临界波数却有一个较大的增加;转速的增加会使临界Marangoni数有微小增加,但是临界波数不变;(3)在重力条件下,所得的临界Marangoni数比相同条件时微重力条件下的值小,而临界波数基本不变;随着液池深宽比和半径比的增加,临界Marangoni数会逐渐减小;随着转速的变大,临界Marangoni数会增加。

关键词：热毛细对流线性稳定性分析环形液池临界条件

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提拉法模型内混合对流线性稳定性分析

提拉法模型内混合对流线性稳定性分析

作者：刘勇重庆大学

学位级别：硕士

晶体材料是现代高新技术产业的基础,被广泛应用于微电子制造和航空航天等重要领域。提拉法技术是工业生产大尺寸单晶的重要方法。提拉法晶体生长中驱动熔体内热质输运的对流主要包括自由液面非均匀表面张力引起的热毛细对流、重力场和... 详细信息

晶体材料是现代高新技术产业的基础,被广泛应用于微电子制造和航空航天等重要领域。提拉法技术是工业生产大尺寸单晶的重要方法。提拉法晶体生长中驱动熔体内热质输运的对流主要包括自由液面非均匀表面张力引起的热毛细对流、重力场和温度梯度导致的热浮力流以及晶体/坩埚旋转导致的强迫对流。熔体混合对流在晶体生长过程的物质和热输运中扮演着重要角色,混合对流的失稳容易因产生夹杂、裂纹等导致晶体品质下降,甚至导致晶体生长的失败。为了提高单晶生长的品质,有必要对提拉法模型内混合对流的不稳定性进行深入研究。本文采用基于高精度谱元法的线性稳定性分析和扰动能量分析,系统地研究晶体旋转、高径比、表面张力等因素对提拉法模型内混合对流的稳定性影响。本文的主要的工作和贡献如下:首先,在考虑自由液面上表面张力的条件下,研究了晶体旋转对提拉法模型内混合对流不稳定性的影响。随着晶体转速的增加,提拉法模型内混合对流失稳呈现出两种失稳类型:当晶体转速较低时,热浮力机制和惯性机制的份额随晶体转速的增加而交错变化,呈现出失稳类型Ⅰ;当晶体转速较高时,两者份额几乎不变,呈现出失稳类型Ⅱ。虽然两种类型的流动不稳定性都是由热浮力机制和惯性机制引起的耦合失稳,但是热浮力机制随着晶体转速的增加逐渐占主导作用。另外,通过考虑/忽略表面张力两种情况的对比研究,探索了表面张力对提拉法模型内流动失稳及其不稳定性机制的影响。在同样的转速区间内,仅仅观察到一种失稳类型。在较低的转速区间内,表面张力对提拉法模型内混合对流的失稳模态具有较大影响,而对失稳机制几乎没有贡献。然而,随着转速的增大,表面张力对失稳模态的影响逐渐减小。其次,选取失稳类型Ⅰ中的一个典型无量纲晶体转速ω=265,研究了高径比对提拉法模型内混合对流不稳定性及其失稳机制的影响。随着高径比逐渐减小,存在两种失稳模态。失稳临界波数从1变为2再变回1的转换伴随着临界频率的跃变。与此同时,观察到了两种水热波的传播模式:传播模式Ⅰ中水热波的传播方向与晶体的旋转方向相反,并且其失稳机制是惯性失稳;传播模式Ⅱ中则水热波的传播方向与晶体的旋转方向相同,而其失稳机制是浮力失稳。最后,选取失稳类型Ⅱ中的一个典型无量纲晶体转速ω=300,再次研究了高径比对提拉法模型内复杂对流不稳定性及其失稳机制的影响。在不同的高径比下,仅存在一种失稳模态,并且水热波的传播方向与晶体的旋转方向相同。该模式下的失稳机制是热浮力和惯性共同驱动的耦合失稳。虽然其不稳定性机制与失稳类型Ⅰ类似,但是它们在临界波数和传播模式方面明显不同。总而言之,对于这两种典型的无量纲晶体转速,提拉法模型内的混合对流都是在较小的高径比下更为稳定。

关键词：提拉法模型热毛细浮力对流谱元法线性稳定性分析扰动能量分析

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固体火箭发动机内部流动线性稳定性分析

固体火箭发动机内部流动线性稳定性分析

作者：伍飞龙华中科技大学

学位级别：硕士

在固体火箭发动机内流场中会出现不同性质的微小扰动量,这些小扰动量的振幅在各种增益与阻尼机制的共同作用下会增长或者衰减,如果振幅增长到一定的程度,流场会出现明显的不稳定振荡现象,同时导致推力也产生振荡,影响火箭的正常工作;如... 详细信息

在固体火箭发动机内流场中会出现不同性质的微小扰动量,这些小扰动量的振幅在各种增益与阻尼机制的共同作用下会增长或者衰减,如果振幅增长到一定的程度,流场会出现明显的不稳定振荡现象,同时导致推力也产生振荡,影响火箭的正常工作;如果振荡频率与发动机结构的固有频率接近,还有可能发生共振导致结构破坏进而发生爆炸。稳定性分析就是从理论分析的角度研究发动机内流场微小扰动量的演化发展情况,这对保证发动机的正常工作具有重要意义。在不稳定振荡发展的初期阶段,振荡幅值较小,其高阶项可以忽略,视为线性发展。因此,本论文以线性稳定性理论为基础,利用Chebyshev谱配置法对火箭发动机的简化Taylor-Culick流模型进行线性稳定性分析。本论文的主要研究工作如下:(1)对Taylor-Culick流模型进行一维的局部线性稳定性分析,研究各种参数的变化对流场的稳定性的影响规律。结果表明,轴向波数越大流场越不稳定,整体谱分布的对称轴横坐标与轴向波数满足线性关系;环向波数越大流场越稳定;轴向位置越远流场越不稳定,对称轴横坐标与轴向位置满足线性关系;存在一个临界模态点坐标,雷诺数越大,不稳定模态点的横纵坐标越趋近于该临界坐标值。(2)对Taylor-Culick流模型进行Bi-Global线性稳定性分析,研究长径比的变化对流场稳定性的影响规律。结果表明,发动机的长径比不变时,同一模态情况下,径向扰动速度与环向扰动速度的幅值最大,是扰动的主要成分;长径比的变化通过至少两种方式影响流场稳定性:1)仅改变振幅时间增长率;2)同时改变振幅时间增长率和初始扰动幅值。

关键词：固体火箭发动机线性稳定性分析谱配置法 Taylor-Culick流