射流阀门开/闭过程无网格法数值模拟
发布时间：2021-02-09 22:51
为研究姿轨控发动机射流换向阀门开/闭过程的复杂流场,采用耦合两方程湍流模型的最小二乘无网格方法进行数值模拟,清晰捕捉到了合理的流场结构与流动特征,成功模拟出附壁流动、主流的切换等复杂的非定常流动状态,给出了主流切换时间,能够客观地反应射流阀的基本切换过程。数值模拟结果为姿轨控发动机射流阀门的设计提供了参考,耦合两方程湍流模型的最小二乘无网格方法在求解射流阀切换过程这一实际工程问题时具有良好的适应性。
【文章来源】：弹道学报. 2019,31(02)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
带阀芯装置的计算模型
?10MPa，温度300K;左右控制端控制流入口压力为6．0MPa，温度300K;不带阀芯装置的计算模型，出口压力为3．5MPa，温度300K，带阀芯装置下部左右两侧出口压力为1个大气压，温度300K。不带阀芯装置的计算模型，整个计算域离散点分布为90万;带阀芯装置的整个计算域离散点分布为286万，其中阀芯周围离散点为56万。先打开主流，将流场计算稳定，再打开一侧控制端使控制流进入流场，进行流场计算。2．5计算结果分析2．5．1不带阀芯装置的数值模拟1)稳态计算结果。图4给出了不带阀芯装置模型稳态计算过程中马赫数的变化情况。此时左右通道控制端做固壁处理。图4稳态计算结果(马赫数云图)从图4中可以看出，随着主流的流入，开始会形成左右对称的流场结构，如图4(a)所示，随着时间的推进，根据射流控制理论及主流自身紊流特性，主54
弹道学报第31卷流会向右侧发生偏转，如图4(b)所示，并最终形成稳定的右侧附壁流动。此时左右控制端的压力为4．65MPa左右。在稳态计算结果的基础之上，如图4(c)所示，打开右端控制阀进行非稳态计算。2)右侧控制端打开的计算结果。图5为在稳态基础之上打开右端控制阀后，计算得到的马赫数随时间变化的云图，此时左通道控制端做固壁处理。图5右侧控制阀打开后马赫数变化历程从图5中可以看出，在t=0．4ms时，主流便发生了明显偏转;在t=0．8ms时，主流已经在下部经过分流尖劈从右出口逐渐转向左出口;在t=1．2ms时，大部分的主流已经经由下部左侧出口流出;t=1．6ms时，主流已经实现从右侧到左侧的切换，只是流场还没有最终稳定下来;在2．5ms时气流实现了从右侧附壁流到左侧附壁流的完全切换。完全切换后的左通道控制端附近的压力为5．6MPa，右通道控制端附近的压力为6．0MPa。在此基础之上，打开左通道控制端，关闭右通道控制端(做固壁处理)，进行二次切换的非稳态计算。3)左侧控制端打开的计算结果。在气流完全切换至稳定的左侧附壁流动后，关闭右侧控制端，打开左侧控制端，对流场进行计算，所得的马赫数随时间变化的云图如图6所示。图6左侧控制阀打开后马赫数变化历程从图6中可以看出，在6．0MPa的控制压力下，主流也实现了偏转，但因为此时左右通道压差较小，所以需要更长的时间实现主流的完全切换。主流实现完全切换的时间为6．5ms。对不带阀芯装置的模型进行计算，在右通道控制端6．0MPa压力的作用下，主流从右侧附壁流在2．5ms内成功切换至左侧附壁流。在此基础之上，关闭右通道控制端，打开
【参考文献】：
期刊论文
[1]无网格法耦合RNG k-ε湍流模型在亚、跨声速翼型黏性绕流中的数值模拟[J]. 王园丁,谭俊杰,蔡晓伟,任登凤,马新建. 航空学报. 2015(05)
[2]粘性流模拟中基于点云重构的最小二乘无网格法[J]. 蔡晓伟,谭俊杰,张木,张旺龙,任登凤. 南京理工大学学报. 2013(06)
[3]三维无网格法及其在超音速弹丸流场模拟中的应用[J]. 马新建,谭俊杰,任登凤. 弹道学报. 2010(03)
[4]射流元件建模与仿真研究[J]. 彭增辉,姚晓先. 弹箭与制导学报. 2009(02)
[5]射流元件及其应用[J]. 马汝涛,徐义. 液压与气动. 2008(02)
[6]阀式液动射流冲击器的研制[J]. 熊青山,王越之,殷琨,夏宏南. 石油钻探技术. 2007(03)
[7]喷口遮挡对射流式姿控火箭发动机性能的影响[J]. 徐勇,杨树兴,莫波,王玉芳. 固体火箭技术. 2004(02)
[8]射流管式气动舵机分析方法的研究[J]. 杜民,莫昱,姚晓先. 战术导弹控制技术. 2006 (03)
博士论文
[1]最小二乘无网格法的改进及其拓展应用研究[D]. 马新建.南京理工大学 2012
硕士论文
[1]超音速射流双稳阀的数值模拟[D]. 薛晓强.浙江工业大学 2004
本文编号：3026360
【文章来源】：弹道学报. 2019,31(02)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
带阀芯装置的计算模型
?10MPa，温度300K;左右控制端控制流入口压力为6．0MPa，温度300K;不带阀芯装置的计算模型，出口压力为3．5MPa，温度300K，带阀芯装置下部左右两侧出口压力为1个大气压，温度300K。不带阀芯装置的计算模型，整个计算域离散点分布为90万;带阀芯装置的整个计算域离散点分布为286万，其中阀芯周围离散点为56万。先打开主流，将流场计算稳定，再打开一侧控制端使控制流进入流场，进行流场计算。2．5计算结果分析2．5．1不带阀芯装置的数值模拟1)稳态计算结果。图4给出了不带阀芯装置模型稳态计算过程中马赫数的变化情况。此时左右通道控制端做固壁处理。图4稳态计算结果(马赫数云图)从图4中可以看出，随着主流的流入，开始会形成左右对称的流场结构，如图4(a)所示，随着时间的推进，根据射流控制理论及主流自身紊流特性，主54
弹道学报第31卷流会向右侧发生偏转，如图4(b)所示，并最终形成稳定的右侧附壁流动。此时左右控制端的压力为4．65MPa左右。在稳态计算结果的基础之上，如图4(c)所示，打开右端控制阀进行非稳态计算。2)右侧控制端打开的计算结果。图5为在稳态基础之上打开右端控制阀后，计算得到的马赫数随时间变化的云图，此时左通道控制端做固壁处理。图5右侧控制阀打开后马赫数变化历程从图5中可以看出，在t=0．4ms时，主流便发生了明显偏转;在t=0．8ms时，主流已经在下部经过分流尖劈从右出口逐渐转向左出口;在t=1．2ms时，大部分的主流已经经由下部左侧出口流出;t=1．6ms时，主流已经实现从右侧到左侧的切换，只是流场还没有最终稳定下来;在2．5ms时气流实现了从右侧附壁流到左侧附壁流的完全切换。完全切换后的左通道控制端附近的压力为5．6MPa，右通道控制端附近的压力为6．0MPa。在此基础之上，打开左通道控制端，关闭右通道控制端(做固壁处理)，进行二次切换的非稳态计算。3)左侧控制端打开的计算结果。在气流完全切换至稳定的左侧附壁流动后，关闭右侧控制端，打开左侧控制端，对流场进行计算，所得的马赫数随时间变化的云图如图6所示。图6左侧控制阀打开后马赫数变化历程从图6中可以看出，在6．0MPa的控制压力下，主流也实现了偏转，但因为此时左右通道压差较小，所以需要更长的时间实现主流的完全切换。主流实现完全切换的时间为6．5ms。对不带阀芯装置的模型进行计算，在右通道控制端6．0MPa压力的作用下，主流从右侧附壁流在2．5ms内成功切换至左侧附壁流。在此基础之上，关闭右通道控制端，打开
【参考文献】：
期刊论文
[1]无网格法耦合RNG k-ε湍流模型在亚、跨声速翼型黏性绕流中的数值模拟[J]. 王园丁,谭俊杰,蔡晓伟,任登凤,马新建. 航空学报. 2015(05)
[2]粘性流模拟中基于点云重构的最小二乘无网格法[J]. 蔡晓伟,谭俊杰,张木,张旺龙,任登凤. 南京理工大学学报. 2013(06)
[3]三维无网格法及其在超音速弹丸流场模拟中的应用[J]. 马新建,谭俊杰,任登凤. 弹道学报. 2010(03)
[4]射流元件建模与仿真研究[J]. 彭增辉,姚晓先. 弹箭与制导学报. 2009(02)
[5]射流元件及其应用[J]. 马汝涛,徐义. 液压与气动. 2008(02)
[6]阀式液动射流冲击器的研制[J]. 熊青山,王越之,殷琨,夏宏南. 石油钻探技术. 2007(03)
[7]喷口遮挡对射流式姿控火箭发动机性能的影响[J]. 徐勇,杨树兴,莫波,王玉芳. 固体火箭技术. 2004(02)
[8]射流管式气动舵机分析方法的研究[J]. 杜民,莫昱,姚晓先. 战术导弹控制技术. 2006 (03)
博士论文
[1]最小二乘无网格法的改进及其拓展应用研究[D]. 马新建.南京理工大学 2012
硕士论文
[1]超音速射流双稳阀的数值模拟[D]. 薛晓强.浙江工业大学 2004
本文编号：3026360
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