高焓流动中的可压缩颗粒两相流并行求解器:数值方法及其验证

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作者 李青 余钊圣 +3 位作者 刘朋欣 李婷婷 陈坚强 袁先旭 《北京大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期89-108,共20页

在极端力学环境下可压缩点力颗粒两相流理论方程的基础上,提出一种基于动态链表数组的并行颗粒求解器,使其与可压缩流体求解器耦合。与基于欧拉坐标系的携带流体相不同,基于拉格朗日坐标系的求解器采用动态链表数组对弥散颗粒相进行内... 在极端力学环境下可压缩点力颗粒两相流理论方程的基础上,提出一种基于动态链表数组的并行颗粒求解器,使其与可压缩流体求解器耦合。与基于欧拉坐标系的携带流体相不同,基于拉格朗日坐标系的求解器采用动态链表数组对弥散颗粒相进行内存分配,可以解决因使用全局数组解决拉格朗日/欧拉坐标系转换带来的弥散颗粒群内存利用率低和计算效率低下问题。最后对多物理效应的可压缩颗粒两相流求解器进行验证,并在马赫数渐进趋于零的情况下,对两个不可压缩槽道颗粒湍流标模进行验证。 展开更多

关键词 动态链表数组 拉格朗日/欧拉坐标系转换 可压缩点力颗粒两相流直接数值模拟求解器

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颗粒两相流超声过程层析成像系统研究(英文) 被引量：3

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作者 田昌 苏明旭 +1 位作者 陈孝震 蔡小舒 《南京大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2013年第1期20-26,共7页

本文主要介绍了一种基于透射模式的超声波层析成像系统的设计与研究.针对Radon变换与Radon反变换对获得精确重建图像所提出的无限多的投影数据要求,系统在以下几个方面做了改进:系统换能器阵列由16个换能器组成,每个换能器均可以作为发... 本文主要介绍了一种基于透射模式的超声波层析成像系统的设计与研究.针对Radon变换与Radon反变换对获得精确重建图像所提出的无限多的投影数据要求,系统在以下几个方面做了改进:系统换能器阵列由16个换能器组成,每个换能器均可以作为发射端和接收端,可发射的扇形波束角度为150°;基于LabVIEW软件和2块高速同步数据采集卡,设计了16通道的数据同步采集和信号处理装置;利用单片机89S52设计了切换电路,可以实现16换能器的激励和接收功能的自动切换.经实验验证,系统结构简单,实时性好,获得了足够多有效的信号数据,通过二值化逻辑反投影图像重建算法实现了研究物体横断面的图像重建. 展开更多

关键词 颗粒两相流 超声过程层析成像 LabVIEW 同步采集

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高焓流动中的可压缩颗粒求解器(第1部分):考虑多物理效应的点力颗粒两相流理论方程 被引量：1

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作者 李青 涂国华 +2 位作者 李婷婷 陈坚强 袁先旭 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2023年第8期71-86,I0002,共17页

从含烧蚀颗粒的高超声速边界层到航空发动机燃烧室或火箭发动机燃烧室里的气液、气固两相燃烧等问题,都存在弥散相颗粒调制携带流体的两相耦合物理过程。尽管不可压颗粒两相流的理论、数值工具和实验都比较成熟,但可压缩颗粒两相流与不... 从含烧蚀颗粒的高超声速边界层到航空发动机燃烧室或火箭发动机燃烧室里的气液、气固两相燃烧等问题,都存在弥散相颗粒调制携带流体的两相耦合物理过程。尽管不可压颗粒两相流的理论、数值工具和实验都比较成熟,但可压缩颗粒两相流与不可压缩的情况是截然不同的。本文首先对可压缩颗粒两相流动力学和热力学进行理论研究,理论分析了经典的可压缩流体动力学和热力学方程,把颗粒动力学对不可压流动的调制理论修正拓展到了可压缩情况,发现了可压缩颗粒两相流特有的动量和能量调制无量纲参数;推导了考虑多物理效应的颗粒动力学方程,并将其与携带流体相的控制方程耦合。研究发现,尽管多物理效应下的颗粒动力学是复杂的,但其影响携带流体相的路径是唯一确定的,即:多物理效应的颗粒动力学仅能通过相间阻力调制携带流体相的动量,通过相间阻力做功和热对流调制携带流体相的能量。 展开更多

关键词 可压缩流动 多物理效应 点力颗粒两相流 高焓

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微纳颗粒两相流系统中湍流脉动效应研究综述 被引量：1

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作者 杨海林 林建忠 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2021年第3期117-128,I0003,共13页

给出了微纳颗粒两相湍流中颗粒一般动力学方程,分析了该方程包含的因湍流脉动导致的未封闭源项;回顾了湍流脉动对颗粒成核、生长、凝并以及破碎作用的研究,包括从源项核函数的构造发展到对方程进行雷诺平均或亚格子滤波;叙述了用直接数... 给出了微纳颗粒两相湍流中颗粒一般动力学方程,分析了该方程包含的因湍流脉动导致的未封闭源项;回顾了湍流脉动对颗粒成核、生长、凝并以及破碎作用的研究,包括从源项核函数的构造发展到对方程进行雷诺平均或亚格子滤波;叙述了用直接数值模拟(DNS)方法、蒙特卡洛法、大涡模拟方法(LES)以及雷诺平均方法(RANS)对方程进行求解的研究成果;介绍了对颗粒一般动力学方程进行封闭求解的研究途径,包括引入相关函数建立未封闭源项与颗粒性质、湍流场特性的关系以及直接将概率密度函数(PDF)代入未封闭源项,再通过统计学方法获得源项的平均效应;提出了将来值得进一步探讨的重要问题,包括湍流脉动对颗粒凝并的影响、实验仪器和实验技术以及对颗粒一般动力学方程中未知项的模化开展有针对性的实验研究。 展开更多

关键词 微纳颗粒两相流 颗粒一般动力学方程 湍流脉动 成核 凝并 破碎 综述

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非球形颗粒两相流的数值模拟研究进展 被引量：5

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作者 崔智文 王泽 +1 位作者 蒋新宇 赵立豪 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2022年第3期623-672,共50页

非球形颗粒两相流是多相流的重要研究方向之一,常见于自然界及工业生产过程中.不同于球形颗粒,由于非球形颗粒形状的各向异性,除了颗粒平动行为,还需要考虑颗粒的转动与取向行为,颗粒的取向与转动行为会影响颗粒所受的力和力矩.为了准... 非球形颗粒两相流是多相流的重要研究方向之一,常见于自然界及工业生产过程中.不同于球形颗粒,由于非球形颗粒形状的各向异性,除了颗粒平动行为,还需要考虑颗粒的转动与取向行为,颗粒的取向与转动行为会影响颗粒所受的力和力矩.为了准确模拟非球形颗粒的运动行为,目前非球形颗粒两相流的数值模拟研究主要基于欧拉-拉格朗日的求解框架展开,常见的非球形颗粒两相流数值模拟方法主要包括点颗粒法与全分辨颗粒法.本文将对这两类方法进行介绍,同时会全面介绍非球形颗粒两相流研究的基础理论模型,并系统总结非球形颗粒在简单基本流和复杂湍流中的研究进展,包括对于非球形颗粒在湍流中的取向与转动行为机理,以及颗粒对湍流减阻调制作用的研究.最后,本文提出了非球形颗粒两相流研究存在的问题及未来研究方向. 展开更多

关键词 非球形颗粒两相流 颗粒取向与转动 湍流 数值模拟

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基于圆管内近球形颗粒-液两相流的三维颗粒图像测量技术 被引量：2

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作者 沐光雨 杨火军 +1 位作者 郭晓新 欧阳丹彤 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第5期1068-1072,共5页

应用三维颗粒图像跟踪技术,对竖直圆管内发泡聚苯乙烯-油层流两相流中分散相即颗粒相瞬时分布进行非接触测量。实验用一面与正视方向成45°的平面镜将流场的侧视方向反射到正视方向,摄像机连续将流场瞬时的侧、正视像同时拍摄下来,... 应用三维颗粒图像跟踪技术,对竖直圆管内发泡聚苯乙烯-油层流两相流中分散相即颗粒相瞬时分布进行非接触测量。实验用一面与正视方向成45°的平面镜将流场的侧视方向反射到正视方向,摄像机连续将流场瞬时的侧、正视像同时拍摄下来,对图像进行识别等数字化处理后就获得了颗粒像的二维平面位置。分析摄像系统的成像关系,校正摄像系统的误差,确定颗粒在竖直方向、管径方向、灰度值等方面的匹配条件,再通过侧、正视图的匹配操作找回颗粒中心的三维空间位置,为两相流的相分布测量提供了高精度的新方法。 展开更多

关键词 悬浮颗粒两相流 颗粒图像跟踪技术(PIT) 三维成像技术 图像匹配

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流化床内颗粒流体两相流的CFD模拟 被引量：34

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作者 张锴 Brandani Stefano 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第9期2192-2207,共16页

采用先进的CFD模拟技术分析流化床内两相复杂体系的非线性流体动力学特征已得到普遍认同,但是由于不同研究者对颗粒与颗粒以及颗粒与流体之间相互作用力认识的差异,导致欧拉-欧拉框架下动量守恒方程的不同表达形式。本文在总结文献中有... 采用先进的CFD模拟技术分析流化床内两相复杂体系的非线性流体动力学特征已得到普遍认同,但是由于不同研究者对颗粒与颗粒以及颗粒与流体之间相互作用力认识的差异,导致欧拉-欧拉框架下动量守恒方程的不同表达形式。本文在总结文献中有关颗粒黏性力、固相压力和两相间作用力的基础上,从双流体理论出发,提出了一个考虑拟平衡态下固体颗粒对流体相和固相动量守恒方程均有影响的简捷流体动力学模型。该模型的主要特点是表征颗粒离散属性的特征长度视为颗粒直径的同一数量级。随后在CFX4.4商业化软件平台上通过增加用户自定义子程序,对网格尺度、时间步长和最大颗粒堆积率的无关性进行检验,介绍了作者近年来采用该模型模拟二维/三维流化床内液固体系的散式流态化、气固GeldartA类物料的散式/聚式流态化和床层塌落特性以及GeldartB/D类物料的鼓泡/射流流态化和床层塌落的研究进展。模拟的主要结果与经典理论、本研究实验和文献报道数据相一致,说明该模型可以用来预测流化床内密相颗粒流体体系的动力学特性。 展开更多

关键词 流化床 颗粒流体两相流 CFD模拟

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细长颗粒与流场双向耦合的气固两相流数值模拟研究 被引量：6

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作者 蔡杰 袁竹林 赵孝保 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第21期5858-5865,6029,共8页

细长颗粒气–固两相流中湍流流变特性研究是细长颗粒气固两相流研究的重要内容之一。基于离散单元法、刚体动力学,并引入拉格朗日时间尺度与?-ε模型的耦合关联式,构建起细长颗粒?湍流场气–固双向耦合模型,并采用此模型对某一实际流化... 细长颗粒气–固两相流中湍流流变特性研究是细长颗粒气固两相流研究的重要内容之一。基于离散单元法、刚体动力学,并引入拉格朗日时间尺度与?-ε模型的耦合关联式,构建起细长颗粒?湍流场气–固双向耦合模型,并采用此模型对某一实际流化床内的细长颗粒气-固两相流场进行了数值研究。研究发现,多数细长颗粒以其轴与流场主流速度方向近于平行的姿态在流场中向上运动;在高度上,一方面细长颗粒在此存在会导致此高度上湍流速度梯度的增加从而导致整个高度上湍动能值的增加,另一方面细长颗粒的存在又会消耗一部分当地湍流场的湍动能;水平方向上有细长颗粒存在的区域,当地湍动能值会有明显的下降;细长颗粒的存在会导致整个湍流场的压强梯度增加。 展开更多

关键词 湍流流变特性 细长颗粒气–固两相流 双向耦合 离散单元法 数值研究

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壁面约束下椭球颗粒曳力特性研究 被引量：1

9

作者 鲁贤民 杨渐志 +1 位作者 顾海林 吴灵波 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2024年第3期19-29,共11页

颗粒两相流系统广泛存在于自然界和工程应用中,实际颗粒往往并非球形且受其附近壁面的影响。基于欧拉-拉格朗日方法的颗粒两相流数值模拟已成为非球形颗粒两相流系统设计的重要工具,然而其准确性受限于非球形颗粒曳力模型。因此,深入研... 颗粒两相流系统广泛存在于自然界和工程应用中,实际颗粒往往并非球形且受其附近壁面的影响。基于欧拉-拉格朗日方法的颗粒两相流数值模拟已成为非球形颗粒两相流系统设计的重要工具,然而其准确性受限于非球形颗粒曳力模型。因此,深入研究壁面约束下非球形颗粒曳力特性并发展近壁修正预测模型具有重要意义。本文采用直接数值模拟方法对有限雷诺数(0.5≤Re≤10)下,不同颗粒长轴取向与来流之间的夹角以及颗粒-壁面间距的单椭球颗粒曳力特性开展详细数值研究,分析比较不同工况下曳力系数的变化,探明雷诺数、攻角以及壁面间距对椭球颗粒曳力系数的影响规律,并评估现有自由流中椭球颗粒曳力关系式的适用性,最后发展了考虑近壁修正的椭球颗粒曳力预测模型,为优化非球形颗粒两相流数值模拟工具提供重要支撑。 展开更多

关键词 颗粒两相流 椭球颗粒 曳力系数 壁面效应 雷诺数 直接数值模拟

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固体颗粒在热对流下沉降的直接数值模拟研究 被引量：1

10

作者 常建忠 安康 刘汉涛 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2010年第2期205-211,共7页

在任意拉格朗日-欧拉算法模拟等温惰性颗粒两相流的基础上,增加对能量方程的联立求解,在热对流条件下对固体颗粒在不同雷诺数下的沉降规律进行了直接数值模拟.结果表明:热对流引起了流场流动的变化和不对称,颗粒在热流体中沉降,热对流... 在任意拉格朗日-欧拉算法模拟等温惰性颗粒两相流的基础上,增加对能量方程的联立求解,在热对流条件下对固体颗粒在不同雷诺数下的沉降规律进行了直接数值模拟.结果表明:热对流引起了流场流动的变化和不对称,颗粒在热流体中沉降,热对流产生的力加速了冷颗粒的运动,尾部形成了涡脱落;颗粒在冷流体中沉降,热对流产生的力阻碍了冷颗粒的运动,尾部形成了羽流.随着雷诺数的增大,颗粒经历了稳定沉降、周期性摆动到不稳定、无规则运动3个阶段. 展开更多

关键词 直接数值模拟 颗粒两相流 热对流 沉降 任意拉格朗日-欧拉法

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颗粒相运动参数的光纤式高速摄影测量方法 被引量：3

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作者 张继彬 陆勇 +4 位作者 钟文琪 陈曦 陈瑜 任冰 金保昇 《东南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第5期910-914,共5页

介绍了一种用于测量稠密气固两相流颗粒相运动参数的光纤式高速摄影技术原理及其装置的构建方法.首先,将光纤内窥镜布置在流场内被卤素灯照亮的测量区域,与高速摄像机配合使用,获取颗粒群通过被测区时的运动视频,并对其进行图像预处理,... 介绍了一种用于测量稠密气固两相流颗粒相运动参数的光纤式高速摄影技术原理及其装置的构建方法.首先,将光纤内窥镜布置在流场内被卤素灯照亮的测量区域,与高速摄像机配合使用,获取颗粒群通过被测区时的运动视频,并对其进行图像预处理,使视频中的每帧图像清晰、无畸变;然后,采用颗粒特征识别算法提取每帧图像上颗粒的瞬时速度,并进行概率分布统计,得到表征颗粒流动特性的速度分布.利用该测量装置对一台截面直径为200 mm、高1 500 mm的三维喷动床进行了实验研究.测量结果表明,颗粒相垂直速度的径向分布曲线可以将颗粒在喷动床轴向截面上的运动特性分为A,B,C三个区域,其中A区与B区的分界点是颗粒相速度为0的点,也是喷动床内喷动区与环隙区的界面位置,这与相关文献的理论预测相吻合. 展开更多

关键词 颗粒两相流 喷动床 光纤内窥镜 高速摄影 图像处理

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循环流化床内细长颗粒取向分布的多向耦合数值模拟 被引量：2

12

作者 蔡杰 赵孝保 +1 位作者 袁竹林 吴薇 《燃烧科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第2期158-164,共7页

采用拉格朗日时间尺度与k-ε模型的耦合关联式,构建三维多向耦合的细长颗粒气-固两相流模型,并采用此模型对某一实际流化床内的细长颗粒两相流场进行了数值模拟.研究发现,在提升管内径向方向上,由中心区域到近壁区,细长颗粒的取向性越... 采用拉格朗日时间尺度与k-ε模型的耦合关联式,构建三维多向耦合的细长颗粒气-固两相流模型,并采用此模型对某一实际流化床内的细长颗粒两相流场进行了数值模拟.研究发现,在提升管内径向方向上,由中心区域到近壁区,细长颗粒的取向性越发趋于明显,除近壁区受壁面约束影响外,其他区域均以15°~30°章动角姿态流化运动的细长颗粒最多;在高度方向上,由床层底部到提升管出口处,细长颗粒的取向性越发趋于明显并在提升管出口处达到最大值. 展开更多

关键词 取向分布 细长颗粒气-固两相流 拉格朗日时间尺度 多向耦合 数值模拟

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气/固双向耦合的细长颗粒流化运动特征的数值研究 被引量：3

13

作者 蔡杰 赵孝保 耿凡 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第11期3169-3177,共9页

在已有三维的单向耦合的细长颗粒-气/固两相流模型基础上,引入拉格朗日时间尺度与κ-ε模型的耦合关联式,构建细长颗粒-湍流场气/固双向耦合模型,并采用此模型对某一实际流化床内的细长颗粒气-固两相流场进行数值研究。研究表明,径向中... 在已有三维的单向耦合的细长颗粒-气/固两相流模型基础上,引入拉格朗日时间尺度与κ-ε模型的耦合关联式,构建细长颗粒-湍流场气/固双向耦合模型,并采用此模型对某一实际流化床内的细长颗粒气-固两相流场进行数值研究。研究表明,径向中心区域的细长颗粒的数量浓度低于近壁处的数量浓度。细长颗粒水平方向上的速度小于高度方向的速度,且水平方向速度大小及方向分布随机性较强。水平方向的细长颗粒角速度大于高度方向上的细长颗粒角速度,且分布随机性较强;高度方向细长颗粒角速度在近壁区随高度上升逐渐下降,而在径向中心区域随高度上升逐渐上升并在出口处略有下降。在中心区域与近壁区中间的区域细长颗粒间的碰撞机率最高。 展开更多

关键词 流化特性 细长颗粒气 固两相流 双向耦合 拉格朗日时间尺度 数值研究

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集成超声透射和反射层析成像的理论与实验研究 被引量：1

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作者 顾建飞 贾楠 +1 位作者 苏明旭 蔡小舒 《高校化学工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第5期1104-1111,共8页

超声过程层析成像能可靠地表征颗粒两相流的空间分布。为增加有效投影数据量,提出一种融合超声波透射和反射信息的双模式超声过程层析成像方法。设计了基于聚偏氟乙烯压电薄膜的微型传感器阵列,搭建24通道超声成像系统,并提出扫描过程... 超声过程层析成像能可靠地表征颗粒两相流的空间分布。为增加有效投影数据量,提出一种融合超声波透射和反射信息的双模式超声过程层析成像方法。设计了基于聚偏氟乙烯压电薄膜的微型传感器阵列,搭建24通道超声成像系统,并提出扫描过程中识别、提取透射波和反射波的方法,实现对扫描路径上的超声透射波和反射波同步测量。对四个不同的钢珠颗粒体系进行了数值和实验研究:通过COMSOL软件仿真获得成像区的声压分布,发现颗粒尺寸的测量下限应大于换能器发射面宽度;其后分别采用透射、反射和双模式成像方法对钢珠颗粒体系进行实验研究。结果对比表明,双模式超声成像方法从图像去噪和颗粒轮廓增强方面明显改进了超声层析成像效果。 展开更多

关键词 超声层析成像 传感器 透射 反射 颗粒两相流

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固体火箭发动机喉衬用轴编C/C复合材料的烧蚀及热结构特性研究进展 被引量：5

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作者 朱昭君 强洪夫 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期721-731,共11页

固体火箭发动机喉衬用轴编C/C复合材料的工作环境面临高温、高压、高速燃气流和大量凝聚相颗粒的烧蚀和冲刷,对材料的抗烧蚀性能和热结构特性要求十分严格。因此,从烧蚀实验和热结构特性实验研究、热结构特性预测与气体-颗粒两相流数值... 固体火箭发动机喉衬用轴编C/C复合材料的工作环境面临高温、高压、高速燃气流和大量凝聚相颗粒的烧蚀和冲刷,对材料的抗烧蚀性能和热结构特性要求十分严格。因此,从烧蚀实验和热结构特性实验研究、热结构特性预测与气体-颗粒两相流数值模拟三个方面,论述了轴编C/C复合材料的烧蚀及热结构特性研究进展。总结讨论了实现真实烧蚀工作环境的模拟和影响烧蚀实验参数的控制是高温烧蚀实验的难点,对于铝颗粒添加下工况的烧蚀实验和在细观尺度下热结构特性参数的测定实验是重点;提出从实验件类型、实验系统设计和对比有无铝颗粒添加下的工况进行烧蚀实验;提出采用一种热稳定性材料取代界面的实验方案进行热结构特性参数的测定实验。在热结构特性研究的细观尺度方面,组分材料之间的界面对热结构特性的影响有待深入研究,提出在代表性体积单元模型的基础上引入温度的周期性边界条件来实现热结构参数的预测。在气粒两相流数值模拟方面,发动机内不同相之间相互耦合作用以及对轴编C/C复合材料的机械侵蚀是数值模拟研究的难点,提出使用SDPH-FVM耦合的方法去解决内流场燃烧流动的问题,进一步可用来揭示内流场燃烧流动机理。 展开更多

关键词 轴编C/C复合材料 烧蚀实验 代表性体积单元 温度周期性边界条件 气体-颗粒两相流 细观尺度

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