某气密装置复杂腔体流场特性研究及结构设计优化

发布时间：2017-07-16 05:09

  本文关键词：某气密装置复杂腔体流场特性研究及结构设计优化

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【摘要】：超大型复杂腔体是一种新型的气密装置，它具有结构特征复杂，几何尺寸大，单次燃气输入量大等特点。同时，对超大型腔体内部复杂燃气流场的研究几乎没有成功的先验算例。本文利用CFD软件Fluent对腔体内部复杂燃气流场特点进行流体动力学分析，主要完成了以下几个方面的工作： 1、在系统考察了Fluent核心算法和理论基础之后，自行编写了C语言程序模块，对FLUENT软件进行二次开发，解决了边界条件输入量随时间动态改变的参数问题和网格层依据受力情况实现动态更新问题，实现了超大型复杂腔体内部整个航行体的真实出筒过程。 2、通过相似理论方法对本文所研究的腔体内部复杂流动现象进行理论分析，确定了四分之一缩比模型航行体出筒过程中相似准数的取舍原则，得出了缩比模型的相似准数，通过求解计算，获得了缩比模型与全尺寸模型不同输入气源参数的比尺，得出缩比模型气源输入参数，，为缩比模型实体试验的展开提供指导。 3、由于超大型复杂腔体不属于对称结构，腔体流场区域极不规则，结构尺寸突变跨度较大，利用传统网格划分方法难以实现整个腔体计算域的网格划分，本文采用分块化网格和混合网格生成方法，将腔体计算域进行特殊处理，同时对腔体网格进行疏密控制，完成复杂腔体的三维流体计算域网格划分，计算结果表明，计算收敛性较好，计算精度高，保证了在长时间计算过程中的可行性。 4、本文运用流体动力学方法建立了非定长条件下粘性、可压，三维复杂腔体超音速欠膨胀燃气射流的数学模型，运用动网格技术，对航行体的出筒过程内部流场流动状态进行数值模拟，从计算结果中可以看到空间复杂的激波系形状及航行体出筒过程中各参数的动态发展变化趋势。通过腔体系统在不同时刻的流场分布，复现出具有代表性的流场现象，并获得了主要流动参数随时间变化规律。 5、对腔体内密封圈上的开孔几何结构参数进行了优化分析，提出了以初始开孔方案为基础向两边拓展的逼近式离散优化方案，即通过对不同开孔方案下的数据分析和流场运动规律对比，得出较优的密封圈开孔参数。运用不同的建模方法和网格划分手段，完成了多个不同复杂腔体流体域模型的建模与网格划分，大大缩短了计算周期。 6、由于考虑了优化方案的通用性，因此本文提出的改进方案对同心筒系列气密装置的设计具有普遍的参考性。
【关键词】：FLUENT 相似理论 燃气射流 优化 动网格 数值模拟
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：O35;TH122
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-13
• 第1章 绪论13-21
• 1.1 论文背景及意义13-15
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势15-19
• 1.2.1 气体射流实验研究动态15-17
• 1.2.2 气体射流数值研究动态17
• 1.2.3 计算流体动力学研究现状17-19
• 1.3 本文的研究的主要内容和章节安排19-21
• 1.3.1 主要内容19-20
• 1.3.2 章节安排20-21
• 第2章 课题的研究方法及相关理论21-33
• 2.1 同心筒式气密装置21-22
• 2.2 有限体积法22-24
• 2.2.1 有限体积法的基本概念22-23
• 2.2.2 有限体积法使用的网格23-24
• 2.3 壁面函数法24-27
• 2.3.1 壁面函数法的基本概念24-25
• 2.3.2 变量计算25-27
• 2.4 燃气冲击射流27-28
• 2.4.1 冲击射流的特点27
• 2.4.2 超音速射流的流动结构27-28
• 2.5 流场特性的 PISO 算法28-32
• 2.6 本章小结32-33
• 第3章 缩比模型气源参数计算及腔体有限元模型的建立33-49
• 3.1 四分之一缩比模型气体参数计算33-40
• 3.1.1 缩比模型试验的相似准则33-37
• 3.1.2 四分之一缩比模型气体参数的选定37-38
• 3.1.3 缩比模型试验池38-40
• 3.2 分块结构化网格与混合网格40-44
• 3.2.1 GAMBIT 简介40-43
• 3.2.2 分块结构化网格方法与混合网格方法的使用43-44
• 3.3 缩比模型与全尺寸模型有限元模型的建立44-48
• 3.3.1 流体计算模型的建立44-45
• 3.3.2 流体计算域模型网格的划分45-47
• 3.3.3 定义边界条件47-48
• 3.4 本章小结48-49
• 第4章 缩比模型与全尺寸模型数值分析与校核49-69
• 4.1 数值方法49-53
• 4.1.1 基本控制方程49-50
• 4.1.2 导入网格化模型50-51
• 4.1.3 边界条件和初始条件51-52
• 4.1.4 确定湍流模型52
• 4.1.5 设置求解控制参数52-53
• 4.2 FLUENT 二次开发及动网格技术的实现53-58
• 4.2.1 FLUENT 二次开发—UDF 程序代码的编写53-56
• 4.2.2 动网格技术的实现56-58
• 4.3 模拟结果与分析58-67
• 4.3.1 四分之一缩比模型流场分布59-62
• 4.3.2 全尺寸模型流场分布62-66
• 4.3.3 结果分析66-67
• 4.4 缩比模型数值模拟与实验校核67-68
• 4.5 本章小结68-69
• 第5章 全尺寸模型结构参数优化69-85
• 5.1 腔体系统气密装置上开孔结构参数优化方案69-70
• 5.2 不同方案下小孔质量流量与腔内特定点压力70-82
• 5.2.1 几何特征代号70-71
• 5.2.2 设置监控参数71-72
• 5.2.3 原尺寸模型数值监测72-78
• 5.2.4 不同方案下的小孔流量监测78-82
• 5.3 优化方案的选定82-83
• 5.4 本章小结83-85
• 总结与展望85-87
• 参考文献87-90
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录90-91
• 致谢91

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 姚征,陈康民;CFD通用软件综述[J];上海理工大学学报;2002年02期

2 陈拯民,王泉水;舰载导弹的同心发射筒式发射装置[J];舰载武器;1998年03期

3 戚隆溪,曹勇,王柏懿;水下欠膨胀高速气体射流的实验研究[J];力学学报;2000年06期

4 ;APPLICATIONS OF CFD TECHNIQUE IN THE DESIGN AND FLOW ANALYSIS OF IMPLANTABLE AXIAL FLOW BLOOD PUMP[J];Journal of Hydrodynamics;2010年04期

本文编号：547170