高温高速气体射流冲击倾斜平板的换热特性研究

射流冲击换热是一种有效的强化换热方法,射流喷嘴的个数及间距直接影响其换热效果.采用数值模拟方法对高温高速气体射流冲击倾斜平板的换热特性进行研究,主要研究了单喷嘴和双喷嘴及喷嘴间距对其换热特性的影响.研究结果可为高温高速气体射流冲击的工程应用提供参考.     

格子阵列引发纵向涡对多孔射流冲击冷却的影响

为提升船用燃气轮机涡轮叶片的内部冷却性能,对双层壁构型中的内腔进行格子阵列化设计,采用三维数值模拟方法对比分析格子阵列结构和光滑结构的流动传热特性.结果表明,格子阵列中形成的有序大尺度强制纵向涡,能够在大幅强化内腔传热的同时,使外腔射流冲击获得更高的初始动量,克服横流影响,强化靶面传热,形成内外协同的强化传热能力.格子阵列能有效改善射流冲击的孔间分配,从而提高靶面传热的展向均匀性.研究结果对涡轮叶片双层冷却构型的优化设计有一定的指导意义.     

湍流模型对大口径射流冲击数值模拟适用性分析

采用数值算法要完全有效地模拟射流冲击换热,合适的湍流模型是十分重要的。本文采用标准k-ε模型、RNG k-ε模型及Realizable k-ε模型对大口径高温高速气体射流冲击换热进行了数值模拟,并将计算结果与试验结果进行比较,分析湍流模型在大口径射流冲击换热数值模拟中的适用性。研究结果对大口径射流冲击换热的数值研究提供参考。     

基于温度动态特性的气垫船位置判定方法

针对船用高温气体温度测试快速响应的要求,研制了高温气体热电偶温度传感器,并对该高温热电偶温度传感器的响应特性进行了测试。利用测试得到了高温气体温度传感器响应特性,基于射流冲击理论和高温热电偶的温度梯度动态特性,提出了装载舱内气垫船位置判定算法。搭建了由气源、加热器、喷口和移动式装载舱组成的试验台架,进行了高温气体条件下的热电偶温度快速响应修正算法的验证以及喷口热气100℃~200℃时不同移动速度条件下装载舱内气垫船位置判定算法验证试验。结果表明,基于射流冲击理论和高温热电偶温度梯度的动态特性判断装载舱气垫船位置的算法具有一定可行性,对装载舱环境监控设计具有一定指导意义。     

耙吸式挖泥船耙头冲水系统喷嘴布局的优化研究

基于计算流体动力学基本理论,分析水射流冲击硬质黏土过程中产生的冲击压力,比较不同喷嘴间距及排列方式对靶物冲击效率的影响。选取单排和双排流场模型,用Fluent软件进行数值模拟,进行网格无关性验证,发现模拟结果与已有的试验数据对比的误差为5.53%。研究结果表明:合理减小喷嘴间距能够增强高压冲水系统对泥沙的破碎能力,单排排列方式时,喷嘴间距L不宜大于126mm;间距过小,高压水射流冲击靶面形成的回流会削弱射流的发展,降低高压射流对泥沙的破碎效率;间距过大,则会导致靶面上两高压射流之间有压力较低的区域形成沙脊。双排时,喷嘴采用正三角形排列,可有效消除沙脊,且双排交叉排列对靶距变化具有较强的适应性。     

基于间断有限元方法的可压缩水高速冲击平板特性研究

基于任意欧拉拉格朗日（ALE）方法,忽略流体的粘性,建立水射流冲击刚性平板的数值模型。为了更为精确地捕捉流场中压力波,该文推导了在ALE框架下的间断有限元方法。该方法易于提高数值离散的空间精度,数值稳定性较
　　好,利于精确模拟高速水射流冲击过程。对于自由液面的变形,采用径向基函数方法确定网格单元的速度。该方法采用边界网格节点的信息去推导出内部网格节点的信息,不需要单元信息。平头水柱射流冲击的数值结果与Autodyn的数值结果吻合较好。在验证方法合理性的基础上,文中对平头及圆头水柱中压力波的分布特性进行了分析。数值结果表明：当冲击在平板表面时,会在产生一个压力波之后向水域内传播,且使得平板受到较大压力的作用。此外,圆头水柱的射流冲击将会产生一个更大的压力峰值。     

耙头高压冲水喷嘴流场数值模拟及分析

针对耙吸挖泥船耙头高压冲水喷嘴流场,采用CFD技术进行喷嘴淹没射流数值模拟计算.分析不同喷嘴直径、不同出口射流速度、不同靶距及不同射流喷射角度条件下的射流压力.其他参数不变的情况下,泥面所受到的压力随射流速度的提高而增大、随喷嘴直径增大而略微增加、随靶距增大而减小.喷射角度为90°、60°和45°时,同等射流速度下喷射...     

基于一方程转捩模型的狭缝冲击射流传热数值模拟

[目的]由于冲击射流现象涉及层流—湍流转捩、极强的逆压梯度和分离流问题,导致传统湍流模型无法对其准确预测。为了研究湍流模型在多种条件下的鲁棒性,[方法]采用基于转捩机理的一方程转捩模型,预测以局部努塞尔数(Nu)来衡量的狭缝冲击射流的传热特征。在冲击距离范围为4≤H/B≤9.2时,对稳态和脉动冲击射流传热问题进行研究。[结果]结果表明,在H/B=4时,一方程转捩模型准确地捕捉了受转捩影响的局部努塞尔数第2峰值的大小和位置;在H/B=9.2时,该模型避免了大多数传统雷诺时均模型(RANS)中出现的假第2峰值,获得了更符合实验结果的传热分布规律。[结论]在较大的H/B范围内,一方程转捩模型能够准确预测狭缝冲击射流的传热分布,表现出良好的鲁棒性。     

船用诱导通风装置流动特性计算分析及试验验证

本文针对某船用反吹风结构形式的诱导通风装置进行了射流特性数值及实验研究。基于诱导射程指标,首先进行了一维性能仿真初估,给出喷嘴的大致直径,并采用CFD技术对有无导流两种结构形式的喷嘴进行了射流特性仿真对比,确定采用有导流的喷嘴结构形式,进而对诱导通风装置的整机进行CFD仿真,确定了整机的压损、气流组织和射流特性,并与后期试验数据进行了对比,验证了设计和数值计算的准确性。本文给出了一种结合一维设计和三维仿真的诱导通风装置前期设计方法,能节省试验成本,可为后续不同性能指标的诱导通风装置提供设计参考。     

高速冲击弹体击底仿真研究

低空高速投放弹体具有很强的隐蔽性和快速攻击性.但是,随之带来了弹体机械结构抗冲击问题.其中包括入水冲击和击底冲击.针对高速冲击弹体击底问题进行了仿真研究.首先对弹体建立三维实体模型,包括其内部各机械电子以及装药部件的等效配置.然后采用大型流固耦合仿真软件Dytran进行击底冲击过程动态仿真.最后通过分析仿真结果数据得到几点有益的结论,为高速冲击弹体壳体以及内部机构抗冲击设计提供有价值的参考.     

机舱热发散控制用通风参数影响的模拟分析

针对船舶机舱发电机组、锅炉等高负荷热源,研究采用空气射流通风技术进行热发散控制。结合机舱的现场条件,建立机舱热发散控制的物理模型,选用计算流体力学的标准k-ε模型作为数值模拟计算模型。采用正交试验法对稳态条件下的送风速度、喷嘴高度、送风温度、送风湿度、排风速度等因素进行了模拟试验分析。试验得出不同通风因素对热发散控制效果影响的显著性大小排序：送风温度、送风速度、喷嘴高度、排风速度。结合试验分析结果提出了热发散通风控制的优方案和考虑节能后再优化调整方案。     

垂直淹没射流对黏性底床冲刷挖掘体积的试验研究

射流冲刷作为一种高效挖掘手段被广泛应用于深海工程领域。针对黏性底床条件下垂直淹没射流冲刷挖掘体积进行研究,利用注浆成型法制备冲刷坑的胚体并利用3 d扫描技术获取冲刷挖掘体积。通过开展室内试验探索了射流流速、射流靶距、冲刷时间以及泥样含水率与冲刷挖掘体积的关系:1)冲击射流挖掘体积随着射流靶距的增加而减小;2)冲击射流挖掘体积随着射流流速的增加而增加;3)冲击射流挖掘体积随着冲刷时间的增加而增加,但逐渐趋于平衡;4)随着泥样含水率的增加,冲击射流挖掘体积也显著增加。最后,利用54组试验数据和无量纲分析得到了冲击射流挖掘体积的经验公式,可为射流挖沟以及射流沉桩等海洋工程实践提供参考。     

舰船水幕喷头结构优化设计及性能分析

针对传统舰船水幕喷头射程短、覆盖面积小的问题,本文通过对其内部结构优化设计,采用CFD软件数值模拟,研究其工作过程中气体和液体的两相流动,计算得到喷头射流水幕的速度分布、流量、流量系数等喷射性能参数,获得其喷射规律和特性。分析表明:沿喷头出口轴线方向,水流速度随距离增加而减小,速度衰减速率也在减小;同尺寸大小喷嘴,水流出口速度随压力增大而增大;经优化设计后的水幕喷头可以显著提升喷射性能。研究结论对于工程设计具有重要的参考价值和指导意义。     

过热水喷流发动机喷管中的流动数值模拟与基本特性分析

文章基于蒸发冷凝模型建立了闪蒸相变模型,对过热水喷流发动机喷管中的两相流动过程进行了数值模拟,发现高温高压流体在流动的过程中伴随着相变和膨胀的发生,两相流体在喷管收缩段、喉部和扩张段中流动特性各不相同,与实验数据进行对比验证了模型的准确性。研究了喷管形状对流动基本特性的影响,发现扩张比和扩张角对两相流在喷管中的相变和膨胀过程影响不同。该文所做研究对揭示两相流闪蒸相变机理、寻求各参数之间的匹配关系有着重要意义,可以为设计过热水喷流发动机提供理论基础。     

跨声速射流冲击对挡板作用特性的模拟分析

为了得到跨声速理想膨胀射流冲击对于挡板的压力、驻点位置等规律,对射流角度为45°,60°和90°,射流距离与喷口直径比H/D为4,6,8的模型进行了数值模拟．结果表明：当H/D从4增加到8时,作用力增加约10％,改变的幅度较小;当射流角度从45°增加到90°时,作用力提高大约40％,作用力大小跟射流角度关系较大．射流角度从45°增加到90°时,驻点距离射流中心由0.07～0.10 m减小到0;射流距离变化对驻点的距离影响很小,变化幅度在10％左右．     

水下爆炸射流载荷对平板结构的冲击毁伤特性研究

建立了简化的气泡射流模型,研究射流冲击对船体板产生的毁伤效应,得出了射流速度、射流位置以及射流形状对结构毁伤的影响规律。研究发现射流冲击速度对结构的破坏具有决定性作用,射流形状对毁伤效果亦有较大影响,射流冲击位置对结构的破坏影响不大,以上结论为舰船的防爆抗爆提供了参考。     

淹没条件下水射流喷嘴内外流场特性

基于水射流技术环保、取材方便和切割能力强的特点,提出一种应用水射流切割礁石的方法。通过建立二维平面数学模型,对淹没条件下高压水射流运动特性进行模拟计算。结果表明,射流初始段为冲击速度最大、动压最大且能量最为集中的区域。淹没水深0～30 m内,伴随着水深围压的增加,初始段速度衰减不足5 m/s,衰减程度仅约1. 5%。在水流流速0～5 m/s的淹没环境中,射流初始段受水流冲击作用影响较小,水平方向速度分量变化仅在8. 5 m/s内,射流未发生明显偏离,仍具备较好的冲击流态。