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超临界二氧化碳超声速喷管设计与性能分析
1
作者 赵瑞 李云柱 +1 位作者 赵玉新 吴建军 《推进技术》 EI CSCD 北大核心 2024年第1期89-98,共10页
超临界二氧化碳由于其独特的物理性质而受到广泛应用。同时超临界二氧化碳真实气体效应显著,其流动机理和理想气体差别较大,因此需要设计相应的喷管。采用特征线法设计超临界二氧化碳超声速喷管,其中二氧化碳的热力学参数基于S-W方程获... 超临界二氧化碳由于其独特的物理性质而受到广泛应用。同时超临界二氧化碳真实气体效应显著,其流动机理和理想气体差别较大,因此需要设计相应的喷管。采用特征线法设计超临界二氧化碳超声速喷管,其中二氧化碳的热力学参数基于S-W方程获得。通过CFD粘性仿真进行边界层修正。分析了改变喷管入口总压、总温对喷管内流场的影响。结果显示,设计工况下喷管出口质量平均马赫数与设计值相差0.033%,喷管内流场品质较好;非设计工况下,由于温度变化会显著改变CO_(2)的热物性参数,入口总温对喷管流场的影响比总压更大,当入口总压和总温分别降低83.33%,52.94%时,出口马赫数分别降低1.16%、提高3.23%。设计工况下喷管流场满足设计要求,非设计工况下喷管出口马赫数与设计值偏差较小。喷管具有较宽的工作域。 展开更多
关键词 超声速喷管 特征线法 超临界二氧化碳 真实气体效应 性能分析
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超声速喷管起动过程激波结构演化特征 被引量：8
2
作者 王成鹏 杨锦富 +5 位作者 程川 王文硕 徐培 杨馨 焦运 程克明 《实验流体力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期11-16,共6页
通过改变进出口压比,对马赫数2.7的二维对称拉瓦尔喷管流动进行了试验研究,给出了超声速喷管起动过程中的激波结构演化特征。在试验过程中,固定喷管喉道出口面积比,改变喷管上下游压比,使喷管起动激波从喉道发展到喷管出口处,逐渐过渡... 通过改变进出口压比,对马赫数2.7的二维对称拉瓦尔喷管流动进行了试验研究,给出了超声速喷管起动过程中的激波结构演化特征。在试验过程中,固定喷管喉道出口面积比,改变喷管上下游压比,使喷管起动激波从喉道发展到喷管出口处,逐渐过渡到设计工况。在起动激波向下游发展的过程中,喷管内流动经历了教科书上给出的理论过程:喉道正激波、扩张段内正激波、喷管出口马赫反射、喷管出口规则反射、设计工况等;但由于附面层的存在,每一个过程与无粘情况下的激波示意图都有所不同。比如,试验中捕捉到的激波串在向下游的移动过程中,出现的由λ型激波向Х型激波的转变,以及激波串非对称现象的出现等。基于纹影和剪切敏感液晶摩阻显示技术获得了起动激波串的首道激波的三维特征。 展开更多
关键词 超声速喷管 起动激波 激波附面层干扰 激波串 激波反射
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气流粉碎机用三元超声速喷管设计研究
3
作者 王海涛 席德科 《流体力学实验与测量》 CSCD 北大核心 2003年第U09期15-19,共5页
针对气流粉碎机上超声速喷管的使用特点，根据超声速风洞喷管设计的一般原理以及三元特征线理论和边界层修正的理论，提出了一种实用的三元轴对称超声速喷管的设计方法。本方法对收缩段，扩张段分别进行设计。根据设计制成样品进行吹风... 针对气流粉碎机上超声速喷管的使用特点，根据超声速风洞喷管设计的一般原理以及三元特征线理论和边界层修正的理论，提出了一种实用的三元轴对称超声速喷管的设计方法。本方法对收缩段，扩张段分别进行设计。根据设计制成样品进行吹风实验，采用测量出口静压的方法来间接测量出口马赫数。实验表明实验结果与理论计算能够较好的吻合。 展开更多
关键词 气流粉碎机 三元特征线理论 超声速喷管 设计 马赫数 测量
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基于样条曲线描述的超声速喷管型面优化设计 被引量：1
4
作者 吴盛豪 廖达雄 +2 位作者 陈吉明 陈钦 裴海涛 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第4期785-791,共7页
以试验段流场指标为目标,对0.6 m连续式跨声速风洞喷管型面进行优化设计。将试验段实际轴向马赫数与设计值的均方根误差作为优化目标,提出优化问题并利用试验结果验证了CFD计算。采用三次样条曲线描述喷管型面,并搜寻到最佳插值点分布... 以试验段流场指标为目标,对0.6 m连续式跨声速风洞喷管型面进行优化设计。将试验段实际轴向马赫数与设计值的均方根误差作为优化目标,提出优化问题并利用试验结果验证了CFD计算。采用三次样条曲线描述喷管型面,并搜寻到最佳插值点分布方案以提高拟合精度;构建基于高斯过程模型的重启优化算法改善梯度算法全局特性的同时减少了气动评估的次数,提高了计算效率。计算结果表明,该优化设计的方法,能够以较小的代价得到流场品质较优和马赫数准度较高的超声速喷管型面曲线,模型区马赫数均方根偏差最优结果可达0.001。 展开更多
关键词 超声速喷管 优化设计 样条曲线 高斯过程模型 CFD
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不同摆角超声速分离线喷管烧蚀数值研究
5
作者 廖栩锋 田维平 +1 位作者 王健儒 曹涛锋 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期152-160,共9页
建立了适用于超声速分离线喷管的三维烧蚀仿真方法,与试验结果对比验证了其有效性,对不同摆角的喷管烧蚀状况进行了数值仿真。结果表明,由于喷管型面改变,分离线附近烧蚀率出现骤升骤降的复杂变化。分离线前侧壁面大部分位置烧蚀率受摆... 建立了适用于超声速分离线喷管的三维烧蚀仿真方法,与试验结果对比验证了其有效性,对不同摆角的喷管烧蚀状况进行了数值仿真。结果表明,由于喷管型面改变,分离线附近烧蚀率出现骤升骤降的复杂变化。分离线前侧壁面大部分位置烧蚀率受摆角影响较小,仅下侧点位置附近由于燃气流动受阻烧蚀率随摆角增大而增大,当摆角为5°时,为喷管整体烧蚀最严重区域,烧蚀率为79.4μm/s。分离线后侧壁面烧蚀率受摆角影响较大,且整体高于前侧。在分离线下游上侧边界线,烧蚀率会快速出现一个峰值,且出现位置随摆角增大后移,从0°的59.7 mm后移至5°的65.3 mm处。摆角为5°时,由于下侧激波切割了流场,导致了上侧边界线x=130 mm燃气流动出现分离现象,烧蚀率在此处回升到5.8μm/s。 展开更多
关键词 固体火箭发动机 超声速分离线喷管 烧蚀 摆动角度 流动特性
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颗粒参数对轴对称超声速气固两相流喷管性能的影响研究 被引量：1
6
作者 黄浩 丰志伟 +2 位作者 马立坤 杨涛 李国强 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期48-55,共8页
为了探究凝相颗粒参数对固体火箭超燃冲压发动机尾喷管性能的影响规律,本文使用数值仿真方法,研究了颗粒的粒径、温度、入射角度及入射部位对轴对称超声速两相流喷管性能的影响。采用轴对称RANS控制方程和SST k-ω湍流模型模拟气相流场... 为了探究凝相颗粒参数对固体火箭超燃冲压发动机尾喷管性能的影响规律,本文使用数值仿真方法,研究了颗粒的粒径、温度、入射角度及入射部位对轴对称超声速两相流喷管性能的影响。采用轴对称RANS控制方程和SST k-ω湍流模型模拟气相流场,颗粒轨迹则利用欧拉-拉格朗日方法计算。通过与文献试验结果对比,验证了数值方法的有效性。结果表明,增强两相之间的能量交互作用,是提高喷管性能的根本原因。减小颗粒粒径、提高颗粒温度、增大颗粒入射角和颗粒入射部位靠近壁面,均能增强两相之间的能量交互作用。其中,颗粒粒径变化对性能的影响最大,达到9%左右;颗粒温度次之,约为3%;颗粒入射角和入射区域对性能的影响较小,分别为1.2%和1.4%左右。 展开更多
关键词 固体火箭超燃冲压发动机 超声速喷管 气固两相流 颗粒参数 数值仿真
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旋流对二氧化碳超声速凝结特性的影响 被引量：2
7
作者 陈佳男 蒋文明 +1 位作者 刘杨 曹学文 《石油学报（石油加工）》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期119-127,共9页
为了研究旋流对超声速喷管中CO_(2)凝结特性的影响,基于气-液两相流动控制方程、凝结模型和CO_(2)表面张力模型,建立了CO_(2)-CH_(4)二元混合气体旋流凝结流动的数学模型,模拟了CO_(2)在超声速喷管中的旋流凝结过程。数值结果表明:在旋... 为了研究旋流对超声速喷管中CO_(2)凝结特性的影响,基于气-液两相流动控制方程、凝结模型和CO_(2)表面张力模型,建立了CO_(2)-CH_(4)二元混合气体旋流凝结流动的数学模型,模拟了CO_(2)在超声速喷管中的旋流凝结过程。数值结果表明:在旋流流动过程中,CO_(2)凝结成核过程中释放大量潜热传递给周围介质,使过冷度迅速下降,气体重新达到平衡状态,此时气体过冷度依然大于0,为液滴的生长创造了良好的环境。强旋流和壁面边界层的存在导致凝结参数沿喷管径向分布不均匀,并且增加旋流强度会增大液滴碰撞几率和喷管液化效率,但旋流强度增大同样会限制气体膨胀特性和喷管过流能力。 展开更多
关键词 天然气脱碳 超声速喷管 超声速旋流凝结特性 数学模拟 二元混合物
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基于Matlab/Simulink的超声速自由射流试验系统建模分析 被引量：3
8
作者 孙顺利 李纲 芦海洋 《航空兵器》 CSCD 北大核心 2021年第4期76-81,共6页
为实现对关键指标舱压的动态变化过程仿真,基于Matlab/Simulink对某超声速自由射流试验系统的关键物理过程建模,并将仿真结果与试验结果比较分析。该模型的仿真舱压与试验舱压的曲线变化规律一致,试验状态稳定段的仿真舱压与试验舱压的... 为实现对关键指标舱压的动态变化过程仿真,基于Matlab/Simulink对某超声速自由射流试验系统的关键物理过程建模,并将仿真结果与试验结果比较分析。该模型的仿真舱压与试验舱压的曲线变化规律一致,试验状态稳定段的仿真舱压与试验舱压的误差在1 kPa以内,喷管出口仿真静压值与试验静压值也小于1 kPa,同时还具备模拟启动迟滞现象和启动后的舱压与喷管进口总压的正线性关系现象的能力。对比分析结果表明,该Simulink建模方法能有效模拟超声速自由射流试验系统舱压的动态变化。 展开更多
关键词 自由射流试验 舱压 超声速喷管 引射 扩压
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Ludwieg管向超声速流域拓展的设计技术 被引量：5
9
作者 吴杰 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2018年第3期480-492,共13页
Ludwieg管风洞能低成本、高效率地产生低湍流度的高超声速气流,被广泛用于高超声速(马赫数6及以上)基础空气动力学实验研究。尽管Ludwieg管式高超声速风洞逐渐普及,但是基于Ludwieg管风洞管原理建设的超声速风洞并不多见,制约了实验人... Ludwieg管风洞能低成本、高效率地产生低湍流度的高超声速气流,被广泛用于高超声速(马赫数6及以上)基础空气动力学实验研究。尽管Ludwieg管式高超声速风洞逐渐普及,但是基于Ludwieg管风洞管原理建设的超声速风洞并不多见,制约了实验人员对超声速空气动力学问题的研究。本文以拓展德国不伦瑞克工业大学马赫数6Ludwieg管风洞到马赫数3流域为例,详细介绍了串列式喷管Ludwieg式超声速风洞的设计技术。串列式喷管Ludwieg式超声速风洞在传统Ludwieg管风洞的结构基础上额外引入一个Laval喷管(第一段Laval喷管)和稳定段,并重新设计试验段对应的Laval喷管(第二段Laval喷管),最终获得超声速流动。文章首先介绍了串列式喷管Ludwieg式超声速风洞的空气动力设计原理;之后分别介绍了不同部件在这种风洞上的优化设计方法;最后,针对这种风洞的独特设计特点,对其将来的发展方向以及科研应用背景进行了展望。串列式喷管Ludwieg式超声速风洞基于常规的Ludwieg式管风洞改建而成,在继承原Ludwieg管风洞优点的同时,以极低的成本拓展了原风洞的运行速域,极其适合高校和科研机构用于开展超声速空气动力学的基础实验研究。 展开更多
关键词 Ludwieg管风洞 串列式喷管Ludwieg式超声速风洞 风洞设计 喷管设计
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用数值模拟方法确定喷气Z箍缩的负载特性 被引量：1
10
作者 国义军 李中华 李震乾 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2004年第4期389-394,415,共7页
本文运用工程方法设计了喷气Z箍缩装置的超声速喷管,通过数值求解Navier Stokes方程模拟了气流从储气室到喷管出口的非定常流动过程,最后用DSMC方法计算了喷管出口气体向真空中的膨胀,得到了喷气负载的气流位形和质量线密度。计算结果表... 本文运用工程方法设计了喷气Z箍缩装置的超声速喷管,通过数值求解Navier Stokes方程模拟了气流从储气室到喷管出口的非定常流动过程,最后用DSMC方法计算了喷管出口气体向真空中的膨胀,得到了喷气负载的气流位形和质量线密度。计算结果表明,除了储气室的压力、喷管的喉道和出口尺寸等因素外,负载的特性参数较强地依赖于阀门开启和关闭时间、阀门开启的速度、开启的口径大小以及阀门后真空管道的几何形状。采用定常流动模型比非定常流动模型预测的负载质量线密度大10倍左右,而后者与实验结果较为一致。 展开更多
关键词 Z箍缩 NAVIER-STOKES方程 喷气 非定常流动 超声速喷管 数值求解 线密度 DSMC方法 模型预测 口径
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