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真实气体效应对等离子体鞘套及电磁参数的影响

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航空动力学报 2022年第8期37卷 1579-1586页

作者：李俊红吕俊明苗文博程晓丽中国航天空气动力技术研究院空气动力理论与应用研究所北京100074 中国航天科技集团有限公司航天飞行器气动热防护实验室北京100074

针对高速飞行器高超声速飞行环境,建立了热化学非平衡流动数值模拟技术,并对计算方法的可靠性进行了验证,接着开展了真实气体效应对飞行器等离子体鞘套及其电磁参数的影响规律分析。结果表明:飞行器物面中心线等离子体密度峰值与飞行试... 详细信息

针对高速飞行器高超声速飞行环境,建立了热化学非平衡流动数值模拟技术,并对计算方法的可靠性进行了验证,接着开展了真实气体效应对飞行器等离子体鞘套及其电磁参数的影响规律分析。结果表明:飞行器物面中心线等离子体密度峰值与飞行试验符合良好;对于碰撞频率,沿滞止流线,双温模型以及Park反应模型对等离子体碰撞频率的影响趋势是一致的;对于相对介电常数,除激波附近,流场其他区域的实部接近1,激波附近小于1,虚部沿滞止流线逐渐升高;双温模型以及Park反应模型对相对介电常数实部和虚部的影响趋势是一致的。

关键词：热化学非平衡等离子体鞘套真实气体效应双温模型电磁参数

真实气体效应对气波波动和能量传递过程的影响

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过程工程学报 2024年

作者：高凤周一卉刘志军胡大鹏黄兆锋大连理工大学化工学院

气波制冷机通常根据理想气体模型进行设计与制造。随着天然气藏的操作参数逐渐向高压力、高压比工况下发展，真实气体效应已不容忽视。以新疆塔里木盆地牙哈气田真实天然气藏为介质，选取多参数BWR方程，建立了高压比条件下双开口气体... 详细信息

气波制冷机通常根据理想气体模型进行设计与制造。随着天然气藏的操作参数逐渐向高压力、高压比工况下发展，真实气体效应已不容忽视。以新疆塔里木盆地牙哈气田真实天然气藏为介质，选取多参数BWR方程，建立了高压比条件下双开口气体波制冷机的二维计算模型，深入探讨了非连续边界条件下气波制冷机内真实气体效应对气波波动和能量传递过程的影响规律。数值计算结果表明，在不同工况下，理想甲烷和真实天然气的波系运动相似，但真实天然气的压缩波和膨胀波明显滞后于理想甲烷。真实天然气低温介质比理想甲烷更早完全排出，在低转速工况下两者之间的差异随着压比增加而逐渐增大，当压比为6时，低温端口的长度可以缩短56.5%。排出的真实天然气温度低于理想甲烷，因此真实天然气等熵膨胀制冷效率优于理想甲烷。本研究成果揭示了真实气体效应对气波运动和能量传递的影响，可为用于天然气地面工程的气波制冷机优化设计提供了支持。

关键词：真实气体效应气波制冷机波系运动制冷效率能量传递

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真实气体效应下高马赫数内转进气道特性研究

推进技术 2020年第7期41卷 1473-1483页

作者：代春良孙波梁晓扬卓长飞张堃元南京理工大学机械工程学院江苏南京210094 南京航空航天大学能源与动力学院江苏南京210016

为初步研究高马赫数内转进气道在真实气体效应下的工作特性,首先设计额定工作状态Ma=12的高超声速内转进气道,再结合不同气体模型对其进行数值模拟。研究结果表明:化学非平衡气体在流场结构、工作性能和气动加热方面与热完全气体较为相... 详细信息

为初步研究高马赫数内转进气道在真实气体效应下的工作特性,首先设计额定工作状态Ma=12的高超声速内转进气道,再结合不同气体模型对其进行数值模拟。研究结果表明:化学非平衡气体在流场结构、工作性能和气动加热方面与热完全气体较为相近,与热化学非平衡气体存在一定差别。离解反应发生在边界层内和低速涡流区内,热化学非平衡气体的离解反应程度比化学非平衡气体大。在隔离段内激波反射处,相比完全气体,化学反应气体的静温降低了2000~2500K。高热流区在上壁面喉道位置与下壁面激波反射点位置附近,温度较高的等温壁面、热化学非平衡气体均可降低壁面热流密度,不同壁面条件对隔离段出口性能参数影响较为明显。真实气体效应、壁面温度对隔离段涡流区的影响较为复杂,有待进一步研究。

关键词：真实气体效应高马赫数内转进气道数值模拟热化学非平衡气体壁面温度进气道特性

真实气体效应对SCO离心压气机气动性能的影响

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航空动力学报 2023年

作者：许鹏程邹正平付超王一帆北京航空航天大学能源与动力工程学院北京航空航天大学航空发动机研究院北京航空航天大学航空发动机气动热力国家级重点实验室

利用相似理论和数值模拟对压气机中真实气体气动与工质热物性耦合影响性能的问题进行解耦，对比研究了不同进口工况下超临界二氧化碳离心压气机特性和内部流场，探讨了近临界点真实气体物性变化和冷凝对压气机焓增、效率、堵塞边界的影... 详细信息

利用相似理论和数值模拟对压气机中真实气体气动与工质热物性耦合影响性能的问题进行解耦，对比研究了不同进口工况下超临界二氧化碳离心压气机特性和内部流场，探讨了近临界点真实气体物性变化和冷凝对压气机焓增、效率、堵塞边界的影响。结果表明：真实气体效应的影响可分为蕴含于气动性能参数热力学定义中的热力学影响和蕴含于压气机内部流场中的气动影响，其中气动影响占主导；研究气动影响时可借助相似性能参数排除热力学层面的干扰，当真实气体效应增强时，工质压缩性的减弱将导致叶轮扭速降低从而使相似焓增减小，叶轮负荷的减轻会减小负荷相关气动损失从而使相似效率提升，两相流的存在以及喉道冷凝诱发的提前壅塞会导致堵塞边界的前移。

关键词：真实气体效应超临界二氧化碳离心压缩机冷凝平衡态相变相似理论气动性能

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真实气体效应对Ma10级进气道流动的影响

推进技术 2019年第5期40卷 1042-1050页

作者：张启帆岳连捷贾轶楠张新宇李欣高雄中国科学院力学研究所高温气体动力学国家重点实验室北京100190 北京动力机械研究所北京100074

为了探究高马赫数超燃冲压发动机高速飞行时真实气体效应对进气道流场的影响,仿真获得了不同气体模型下Ma10级进气道流场结构和性能。结果表明:进气道主流流场温度较低,不足以触发空气的离解反应,反应仅发生在边界层内,但反应程度较低,... 详细信息

为了探究高马赫数超燃冲压发动机高速飞行时真实气体效应对进气道流场的影响,仿真获得了不同气体模型下Ma10级进气道流场结构和性能。结果表明:进气道主流流场温度较低,不足以触发空气的离解反应,反应仅发生在边界层内,但反应程度较低,远未达到化学平衡状态,除了边界层温度及热载荷特性,其流场结果则更为贴近冻结流流场,因而化学非平衡模型与热完全气体模型的进气道通流流场结构和性能基本一致。而真实气体效应导致边界层特性的不同,对进气道起动特性产生影响,吸热离解反应通过对进口分离包的抑制和增大进口马赫数将进气道的再起动马赫数从9.8降低到9.4。在对进气道在宽速域应用中的钝化设计研究发现,真实气体效应虽然对前缘钝化进气道流场的压力分布和性能无明显影响,但是其能起到整体降低壁面热流的作用,不仅钝头处的热流降低了1MW/m2,通道内的热流也整体降低了0.1MW/m2。

关键词：真实气体效应高马赫数进气道化学非平衡气体模型热完全气体模型前缘钝化再起动性能

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低温跨声速风洞设计中的真实气体效应研究

国防科技大学学报 2023年第1期45卷 110-116页

作者：黄知龙王宁史志伟廖达雄南京航空航天大学航空学院江苏南京210016 中国空气动力研究与发展中心设备设计与测试技术研究所四川绵阳621000

风洞以低温气体为介质运行时,气体会表现出热力和热值的不完全,风洞回路气体流动参数计算需要考虑低温真实气体效应。计算给出了氮气介质在温度100~323 K、压力100~450 kPa范围压缩性因子和比热比的变化规律,并通过将等熵膨胀系数引入... 详细信息

风洞以低温气体为介质运行时,气体会表现出热力和热值的不完全,风洞回路气体流动参数计算需要考虑低温真实气体效应。计算给出了氮气介质在温度100~323 K、压力100~450 kPa范围压缩性因子和比热比的变化规律,并通过将等熵膨胀系数引入一维完全气体流动方程,发展了低温跨声速风洞气流流动参数计算分析模型,获得了跨声速风洞高速运行时气流液化温度和压力的组合边界包络线。对比分析结果表明:在低温跨声速风洞的运行压力(115~450 kPa)和温度(110~323 K)范围内,基于等熵膨胀系数计算得到的气体流动状态参数的理论计算值与气体真实物理解的偏差小于1%,完全可满足低温跨声速风洞工程设计需求。

关键词：真实气体效应低温风洞工程设计跨声速风洞等熵流动

可压缩管流中真实气体效应的理论分析与数值模拟

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推进技术 2022年第7期43卷 271-280页

作者：靳一超程迪吴坤范学军中国科学院力学研究所高温气体动力学国家重点实验室北京100190 中国科学院大学工程科学学院北京100049 中国航天空气动力技术研究院北京100074

为研究超燃冲压发动机内复杂碳氢燃料的可压缩流动特性及相关影响因素,在典型工况条件下讨论了可压缩流动中真实气体效应的影响。基于平衡热力学理论,从理论层面明确了气体动力学基础导数(Γ)对可压缩流动的关键影响。同时,考察了多种... 详细信息

为研究超燃冲压发动机内复杂碳氢燃料的可压缩流动特性及相关影响因素,在典型工况条件下讨论了可压缩流动中真实气体效应的影响。基于平衡热力学理论,从理论层面明确了气体动力学基础导数(Γ)对可压缩流动的关键影响。同时,考察了多种碳氢燃料在临界点附近的特性,发现随着碳氢燃料分子结构复杂度的增加,Γ极小值降低,甚至出现为负值的情况,且该区域主要集中在近临界点的饱和蒸汽线附近。基于立方型状态方程对超临界条件下的二维超声速膨胀管流进行了数值模拟,证实了超声速扩张管流中马赫数下降的现象主要由声速随密度的非线性变化主导。进一步的参数化研究表明,随着入口压力增加或温度降低,管道内的压强、温度变化路径在p-T相图上将靠近饱和蒸汽线,这将导致更为显著的非经典气体动力学现象。

关键词：超临界流体碳氢燃料真实气体效应可压缩流动数值模拟

真实气体效应对升力体舵面局部流动分离的影响

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空气动力学学报 2015年第3期33卷 330-337页

作者：田浩叶友达蒋勤学何先耀中国空气动力研究与发展中心四川绵阳621000 国家计算流体力学实验室北京100191

数值模拟分析了高马赫数低雷诺数条件下激波边界层干扰、激波与激波相互作用、流动分离再附等流动现象的特点以及高温真实气体效应的影响。分别采用量热完全气体、平衡气体、化学非平衡气体模型对升力体由于舵面偏转引起的局部流动分离... 详细信息

数值模拟分析了高马赫数低雷诺数条件下激波边界层干扰、激波与激波相互作用、流动分离再附等流动现象的特点以及高温真实气体效应的影响。分别采用量热完全气体、平衡气体、化学非平衡气体模型对升力体由于舵面偏转引起的局部流动分离情形进行了数值模拟。研究了飞行高度、壁面温度及来流马赫数对流动分离的影响。计算结果表明:真实气体效应使空气在边界层内发生离解反应,边界层内温度降低,粘性减小,动能损失减小,克服逆压梯度的能力更强,从而使分离区明显减小。分离区的减小改变了分离/再附激波的位置和强度,进而对局部压力及热流分布产生重要影响;随高度增加,平衡气体较完全气体分离区相对减小量增大,平衡气体效应对流动分离/再附现象的影响越大;壁温对分离区影响较大,随壁温升高,分离区增大;随马赫数增大,分离区减小,真实气体和完全气体的差异增大,真实气体效应的影响更加显著。

关键词：真实气体效应数值模拟分离再附高超声速升力体

真实气体效应对MSL火星进入气动特性的影响研究

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航天返回与遥感 2017年第4期38卷 8-17页

作者：梁杰李志辉杜波强方明中国空气动力研究与发展中心超高速所绵阳621000

探测器超高速进入火星过程的高温真实气体效应对飞行稳定性和防热系统影响极大,需要在初步设计阶段对探测器的气动力热特性进行精确预测。文章构建了采用流场直角与表面非结构混合网格以及网格自适应的直接模拟蒙特卡洛方法,模拟稀薄环... 详细信息

探测器超高速进入火星过程的高温真实气体效应对飞行稳定性和防热系统影响极大,需要在初步设计阶段对探测器的气动力热特性进行精确预测。文章构建了采用流场直角与表面非结构混合网格以及网格自适应的直接模拟蒙特卡洛方法,模拟稀薄环境高温真实气体效应的依赖于温度的多原子分子振动激发和8组份54化学反应模型。通过计算"火星探路者"外形气动力系数随攻角的变化,并与文献提供的计算结果对比,有较好的一致性,验证了该文算法的可靠性。文章模拟了"火星科学实验室"在火星大气环境70km高度、进入速度为5.85km/s下的高温真实气体效应对气动力、气动热和流场特征的影响。通过与完全气体计算结果对比,表明高温真实气体效应影响下的激波脱体距离减小,表面热流降低,轴向力系数增加、配平攻角减小、压心位置随攻角变化显著。

关键词：深空探测火星进入直接模拟蒙特卡洛方法真实气体效应气动特性