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变几何进气道不起动流场非定常特性数值研究

推进技术 2024年

作者：赵书辉关奔王革罗喜胜哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院中国科学院力学研究所高温气动国家重点实验室中国科学技术大学工程科学学院

为研究变几何进气道在不起动状态下的非定常流动现象，利用二维非定常数值计算方法对唇罩可前移的进气道流场进行模拟，探究唇罩位置变化对高超声速进气道不起动流场非定常特性的影响。对比了唇罩位于高马赫数位置及低马赫数位置时的进... 详细信息

为研究变几何进气道在不起动状态下的非定常流动现象，利用二维非定常数值计算方法对唇罩可前移的进气道流场进行模拟，探究唇罩位置变化对高超声速进气道不起动流场非定常特性的影响。对比了唇罩位于高马赫数位置及低马赫数位置时的进气道流动振荡情况，并对其流动振荡特性进行研究。结果表明，在唇罩位于高马赫数位置时，流动振荡幅度随来流马赫数升高明显增大，流量振荡幅值由Ma=4.0工况的0.8 kg/s增大至Ma=4.6工况的2.7kg/s。而在唇罩位于低马赫数位置时，流动振荡幅度随来流马赫数升高反而逐渐减小。进气道中的小分离区与激波串会导致壁面压力的急剧上升，引发压力的分线性变化。在Ma=4.6工况下，壁面无量纲压强峰值在短时间内从20急剧上升至50以上，而在流场变化较为缓和的Ma=3.3工况，压力峰值仅在12.4～15.74之间小范围波动。在Ma=4.6工况，进气道流动振荡规律与各壁面监测点基本一致，而Ma=3.3工况下的流动振荡规律则与唇口及喉道处监测点之间出现较大差异。这是因为唇罩前移后进气道内的气流流速增大至声速以上，阻碍了上下壁面间的扰动传播及振荡耦合，因此减弱了进气道内的流动振荡现象。

关键词：高超声速进气道不起动流动振荡变几何

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边界条件对三维空腔流动振荡的影响

南京航空航天大学学报 2006年第5期38卷 595-599页

作者：司海青王同光南京航空航天大学航空宇航学院南京210016

基于全隐式无分裂方法,数值求解三维非定常雷诺平均的N av ier-S tokes方程,紊流模型采用修正的B-L代数模型。运用此方法,本文数值模拟了三维开式空腔的超声速、跨声速、亚声速流动。研究了空腔口处剪切层的非定常运动现象,着重探讨了... 详细信息

基于全隐式无分裂方法,数值求解三维非定常雷诺平均的N av ier-S tokes方程,紊流模型采用修正的B-L代数模型。运用此方法,本文数值模拟了三维开式空腔的超声速、跨声速、亚声速流动。研究了空腔口处剪切层的非定常运动现象,着重探讨了入口边界条件对三维空腔流自持性振荡的影响。数值计算结果表明,与层流速度型相比,入口条件为紊流速度型和特征边界型得到的结果能够吻合。

关键词：非定常雷诺平均的N-S方程开式空腔流流动振荡边界条件

窄空间流道内沸腾两相流动振荡特性的实验研究

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窄空间流道内沸腾两相流动振荡特性的实验研究

作者：李冲重庆大学

学位级别：硕士

窄空间流道具有结构紧凑,换热效率高的优点,在先进核反应堆、电子冷却等领域有着广泛的应用。但由于窄空间流道较常规流道的尺寸减小,会导致流动阻力的增加。尤其在沸腾两相流动中,由于流道尺寸的限制,窄空间流道内流型转变伴随着两相... 详细信息

窄空间流道具有结构紧凑,换热效率高的优点,在先进核反应堆、电子冷却等领域有着广泛的应用。但由于窄空间流道较常规流道的尺寸减小,会导致流动阻力的增加。尤其在沸腾两相流动中,由于流道尺寸的限制,窄空间流道内流型转变伴随着两相流动压降的强烈变化,更加容易导致沸腾两相流动振荡的发生。当流道内出现流动振荡时,一方面会导致系统流量、压力等出现波动,对系统稳定性造成影响;另一方面,持续的振荡行为还会导致系统出现机械疲劳,严重时甚至会导致系统发生破坏性故障。因此,研究窄空间流道内的流动振荡特性及其影响因素对提高系统设计以及运行的安全性具有重要意义。本文基于可视化实验,针对单流道和带旁通单流道两种流道结构的沸腾两相流动振荡特性开展研究,分析工况参数以及空泡行为对两相流动振荡特性的影响。研究发现,在单流道内,流动振荡周期在数十秒,但压降与质量流速振幅较低,属于低频低振幅的振荡行为。壁面温度、质量流速和压降具有相同的振荡周期,且在单个周期内均呈现出明显的三个不同阶段。通过可视化观察,在实验段出口发现泡状流与弹状流不断转变;流型转变是决定振荡周期的主要因素。而带旁通的窄空间流道内振荡周期很短只有几秒,但质量流速振荡幅度远超单通道质量流速振幅,属于中高频高振幅振荡行为。在入口水温为60℃时,随着热流密度的增大,系统从稳定状态直接发生沸腾临界,并未发生明显的振荡行为。入口水温对振荡特性影响较小,质量流速振荡幅度随热流密度增加并没有呈现出单调增大的现象。质量流速对振荡后其振荡幅度的影响较大。同时,在实验段出口观察到了泡状流、弹状流、搅混流、环状流以及在发生流动振荡后,出现沸腾临界并进入滴状流。不仅流型转变会对振荡周期产生影响,加热壁面附近汽液界面波动的影响也不可忽视。

关键词：窄空间流道沸腾两相流流动振荡流型转变

振动环境下渐缩渐扩通道中流动振荡的数值模拟研究

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振动环境下渐缩渐扩通道中流动振荡的数值模拟研究

中国航天第三专业信息网第四十届技术交流会暨第四届空天动...

作者：昝浩周伟星陈满堂李岩哈尔滨工业大学北京动力机械研究所

由于超燃冲压发动机空间狭小,经常通过测量渐缩渐扩结构的压差来反算燃料流量。然而,我们在实验中发现渐缩渐扩结构通道在振动环境中会引起燃料的流动振荡现象,具体体现在喉部两端压差发生周期性变化,导致流量测量出现偏差,甚至会导致... 详细信息

由于超燃冲压发动机空间狭小,经常通过测量渐缩渐扩结构的压差来反算燃料流量。然而,我们在实验中发现渐缩渐扩结构通道在振动环境中会引起燃料的流动振荡现象,具体体现在喉部两端压差发生周期性变化,导致流量测量出现偏差,甚至会导致传热恶化和结构的损坏。为了了解流动振荡的机制,我们建立了渐缩渐扩通道的三维模型,并通过实验数据进行了验证。本文着重分析了振动环境下渐缩渐扩通道中流体动力学特性,研究了不同条件下稳定流场和非稳定流场。,最后分析了雷诺数和振动强度对流动振荡的影响。研究表明,管道振动方向和流动方向一致时,会导致流动分离区域的移动,使主流区域发生周期性的变化,从而导致流动振荡;雷诺数和振动强度都会影响流动分离,从而影响到流动振荡。本文解释了振动环境下的渐缩渐扩管道的流动振荡现象,为流量计的设计提够了理论指导。

关键词：渐缩渐扩管道振动流动振荡流动分离

来源： cnki会议评论

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开式自然循环系统出口排热管内流型演化研究

核动力工程 2022年第2期43卷 65-69页

作者：孙宇翔徐建军周慧辉邓志勇袁朝飞崔迎欢黄彦平中国核动力研究设计院中核核反应堆热工水力技术重点实验室成都610213 中国核动力研究设计院成都610213

开式自然循环系统作为新型非能动余排系统最终热阱排放回路,其安全稳定运行对于事故工况下堆芯余热安全导出至关重要,本研究通过可视化实验方法观察了开式自然循环系统出口排热管内流型演化特性,发现随着加热功率增加,开式自然循环逐步... 详细信息

开式自然循环系统作为新型非能动余排系统最终热阱排放回路,其安全稳定运行对于事故工况下堆芯余热安全导出至关重要,本研究通过可视化实验方法观察了开式自然循环系统出口排热管内流型演化特性,发现随着加热功率增加,开式自然循环逐步建立,该系统出口排热管内依次出现单相流、间歇性汽泡流、弥散泡状流、弹状流和间歇喷射流5种典型流型,分析了出口排热管内流型与系统稳定运行之间的关系,发现了开式自然循环系统剧烈振荡的根源,为提高开式自然循环系统流动稳定性提供了参考。

关键词：开式自然循环两相流流型流动振荡

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二维高亚声速空腔流激振荡的数值模拟研究

空气动力学学报 2002年第1期20卷 84-88页

作者：罗柏华上海大学上海市应用数学和力学研究所上海200072

采用基于P .L .Roe的近似Riemann解的修正Osher&Chakravarthy (MOC)三阶TVD有限差分格式 ,数值求解二维雷诺平均全Navier Stokes方程 ,并用Cebeci Smith代数湍流模型 (对腔内区域作修正 )来模拟湍流效应 ,时间方向的积分采用四阶Runge K... 详细信息

采用基于P .L .Roe的近似Riemann解的修正Osher&Chakravarthy (MOC)三阶TVD有限差分格式 ,数值求解二维雷诺平均全Navier Stokes方程 ,并用Cebeci Smith代数湍流模型 (对腔内区域作修正 )来模拟湍流效应 ,时间方向的积分采用四阶Runge Kutta方法 ,通过对GAMM超音速前台阶绕流的计算 ,验证了格式及程序的有效性 ,对高亚声速来流下的空腔流动作了数值模拟研究。

关键词：亚声速流空腔流动数值模拟流动振荡

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液体中可压缩气体射流的瞬态特性

化工学报 2016年第6期67卷 2291-2299页

作者：王超施红辉汪剑锋浙江理工大学机械与自动控制学院浙江杭州310018

针对水下超声速气体射流实验装置,分别采用高速摄影对水下超声速气体射流的形态及发展过程进行了可视化观察分析,采用VOF方法建立了二维轴对称两相数值计算流模型,对实验工况进行数值模拟,得到详细的水下超声速射流流场结构。两者结合... 详细信息

针对水下超声速气体射流实验装置,分别采用高速摄影对水下超声速气体射流的形态及发展过程进行了可视化观察分析,采用VOF方法建立了二维轴对称两相数值计算流模型,对实验工况进行数值模拟,得到详细的水下超声速射流流场结构。两者结合得以研究水下气体超声速射流的形态及发展过程。研究结果表明:超声速水下射流流场明显包含射流区、过渡区和羽流区3个不同特征区域,射流区内气相的胀鼓和回击现象导致了严重的振荡流模式。气液界面不稳定性引起射流局部颈缩,从而引起颈缩上游气相截面的扩张、收缩甚至断流。可观测的小幅度的颈缩导致上游的胀鼓现象;稍大幅度的颈缩导致上游的回击现象;大幅度的颈缩甚至导致射流中断,并在随后重建射流。

关键词：气液两相流数值模拟实验验证可压缩气体射流流动振荡

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数值模拟有外挂物的空腔流动

空气动力学学报 2007年第3期25卷 404-409页

作者：司海青王同光南京航空航天大学民航学院江苏南京210016

数值模拟了有外挂物存在的开式空腔的超音速流动。数值计算采用全隐式无分裂方法,湍流模型采用修正的B-L代数模型。研究了有外挂物存在的空腔流动的剪切层自持性振荡,并与无外挂物存在时的现象进行类比。压强与时间的变化曲线、空腔底... 详细信息

数值模拟了有外挂物存在的开式空腔的超音速流动。数值计算采用全隐式无分裂方法,湍流模型采用修正的B-L代数模型。研究了有外挂物存在的空腔流动的剪切层自持性振荡,并与无外挂物存在时的现象进行类比。压强与时间的变化曲线、空腔底部流向的静压系数分布以及空腔后壁面法向的静压系数分布表明,空腔内的压力脉动与外挂物所处位置是有关的。对于Rossiter振荡模态,数值计算结果能够与实验结果相吻合。

关键词：雷诺平均的N-S方程非定常空腔流外挂物流动振荡

节流通道振动对碳氢燃料不稳定流动的影响研究

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推进技术 2021年第9期42卷 2094-2104页

作者：昝浩周伟星陈满堂李岩吴猛哈尔滨工业大学能源与动力学院黑龙江哈尔滨150001 北京动力机械研究所北京100074 哈尔滨工业大学基础与交叉学院黑龙江哈尔滨150001

通过实验发现振动的节流通道会引起碳氢燃料的不稳定流动现象。为了探究节流通道振动引发碳氢燃料不稳定流动的机理,采用数值求解三维Reynold-Averaged Navier-Stokes(RANS)方程和k-ω湍流模型的方法研究了节流通道振动对流场动态特性... 详细信息

通过实验发现振动的节流通道会引起碳氢燃料的不稳定流动现象。为了探究节流通道振动引发碳氢燃料不稳定流动的机理,采用数值求解三维Reynold-Averaged Navier-Stokes(RANS)方程和k-ω湍流模型的方法研究了节流通道振动对流场动态特性的影响,重点关注节流通道振动对扩张结构附近流动分离的动态特性的影响。数值模拟节流结构两端压差与实验数据对比,验证了所采用的数值方法和湍流模型的有效性。结果表明,当燃油流动方向和节流通道振动方向一致时,会发生不稳定流动现象。当燃油流动方向和节流通道振动方向垂直时,不会发生不稳定流动现象。通过流场的动态分析,发现振动方向与流动方向一致时扩张结构附近非定常涡会发生轴向的周期性运动,从而导致了不稳定流动的现象。振动速度越大,不稳定流动程度越大。

关键词：节流结构振动流动振荡流动分离振动方向