采用态-态模型的热化学非平衡喷管流数值研究

采用态-态模型的高温空气非平衡喷管流数值研究王辉;曾明;段欣葵;王东方;刘伟【期刊名称】《力学学报》【年(卷),期】2024(56)5【摘要】采用态-态模型在总温T_(0)=2000K~8000 K、总压p_(0)=1~20 MPa 范围,开展高温空气准一维非平衡喷管流动数值模拟.考虑5种化学组元(N_(2),O_(2),NO,N,O),其中N_(2),O_(2),N_(O)分别有61,46,48个振动能级,将不同振动能级上的粒子视为不同组元,共157个组元.对未见公开文献给出速率系数的分子能级跃迁过程,综合振动能方程松弛时间和其他类似微观过程跃迁速率系数进行折算.计算结果表明,喷管喉道前流动接近平衡,喉道后出现非平衡,喉道下游不远处发生化学组元质量分数、较低振动能级分子数和表征振动能的振动温度的冻结,N_(2)的振动温度冻结较NO和O_(2)早,冻结值也更高;对振动能级跃迁起主导作用的微观机制是平动-振动能量交换(VT)过程,复合反应生成的分子更多位于中等振动能级;喷管非平衡和冻结区域分子能级分布偏离振动温度下的玻尔兹曼分布,高能级出现过分布;提高驻室总压能够降低喷管流动非平衡程度,推迟热化学冻结发生.【总页数】18页(P1377-1394)【作者】王辉;曾明;段欣葵;王东方;刘伟【作者单位】国防科技大学空天科学学院【正文语种】中文【中图分类】O354.7;O362【相关文献】1.态-态模型下 B2／B 混合物的热化学非平衡过程研究2.不同热化学非平衡模型对高超声速喷管流场影响的数值分析3.高温空气燃烧燃气热态试验炉非稳态数值模拟4.流态化风水联合冷渣器冷态空气流场数值模拟研究5.采用态-态模型的热化学非平衡喷管流数值研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

介质中的流动传热现象。

对多孔介质内的流动，可使用考虑非达西效应的Darcy –Brinkman -Forchheimer [1]模型进行分析；而对于多孔介质内的传热过程，能量方程可用热平衡(local thermal equilibrium,LTE)模型或非热平衡(local thermal non-equilibrium,LTNE)模型进行分析。

其中，热平衡模型被广泛用于分析多孔介质中的对流换热过程，该模型假设多孔固体骨架温度与流体温度局部相等（T s =T f ），适用于多孔固体骨架与流体局部温差不大的场合。

热平衡模型控制方程如下[2-4]：()[]()()()T T c T c c t ∇+∇=∇+-+∂∂d m p pf f ps s pf f 1λλερερερu (1)式中λm 为有效滞止导热系数[5]，λd 为热弥散导热系数。

然而，当多孔固体骨架与流体局部温差不能忽略（T s ≠T f ）时，热平衡模型便会引起较大误差，应该采用非热平衡模型。

非热平衡模型考虑多孔固体骨架与流体的对流换热，其控制方程包括流体能量方程和多孔固体骨架能量方程[3,6-9]：()()()[]()f s sf sf f d f f p pf f f pf f T T a h T T c T c t -+∇+∇=∇+∂∂λελερερu (2)()[]()[]()f s sf sf s s s ps s 11T T a h T T c t --∇-∇=-∂∂λεερSchumann 最早在1929年就考虑了非热平衡模型，但在他的研究中忽略了导热项的影响。

Quintard [10]在1998年第11届国际传热大会的主旨报告中，对在多孔介质中采用局部非热平衡模型进行理论建模做了系统分析，并在非热平衡模型中考虑了颗粒与流体间界面热阻的影响。

不少研究者已经使用非热平衡模型进行了一系列的研究。

如多孔介质中的瞬态传热Nouri-Borujerdi 等[11]、混合对流Shi 和Vafai [12]、强制对流Jiang 等[3,6-9,13-17]、双扩散多孔介质Nield 和Kuznetsov [18]等。

非均相化学反应器内流动状态数值模拟研究一、绪论非均相化学反应器是化学工程领域中最常见的反应器之一，其主要特点是反应皆发生在气体和液体、固体界面上。

研究非均相化学反应器内流动状态，对提高反应效率、减少反应过程中的畸变、优化反应器结构等方面均有重要意义。

本文将结合数值模拟方法，对非均相化学反应器内流动状态进行探究。

二、数值模拟方法数值模拟是一种基于数学方法的计算手段，包括数值计算、数值优化、数值分析等方面，常被用于研究非均相化学反应器内的流动状态。

2.1 CFD方法CFD（Computational Fluid Dynamics）数值模拟方法，是研究流体运动的一种有效途径，主要包括 Navier-Stokes 方程、 Euler 方程等基本方程。

通过分析流体的动力学行为，揭示流体在不同区域内的流动状态，为反应器的设计和优化提供基础数据。

2.2 DEM方法DEM（Discrete Element Method）离散元方法，主要用于研究固体颗粒的运动行为，通过逐个计算颗粒的运动状态，得出固体物料的运动情况，为反应器内泥层的分布、固体物料的悬浮状态等方面提供可靠的数值模拟结果。

三、非均相化学反应器内流动状态数值模拟3.1 细胞生物质反应器流动状态模拟细胞生物质反应器是化学工程领域中最常见的非均相化学反应器之一，其主要特点是通过细胞分离、培养、扩增等过程实现对细胞生物质的生产。

在细胞培养过程中，细胞和固体颗粒组成的混合物表现为两相系统。

通过CFD方法，可以模拟反应器中细胞和固体物料的分布状况，为反应器运行的优化提供信息。

DEM方法可以用于研究固体物料的悬浮状态，评估反应器内的泥层分布，从而为反应器的设计和改进提供依据。

3.2 油水混合物反应器流动状态模拟油水混合物反应器是一种常见的非均相化学反应器，主要用于研究油水混合物在反应器内的流动和分解过程。

CFD方法可以模拟油水混合物的分布状况，通过计算反应器内各区域流体的速度、压力等参数，为反应器的设计和操作提供决策支持。

第３３卷 第１期空气动力学学报Ｖｏｌ．３３，Ｎｏ．１２０１５年０２月ACTA AERODYNAMICA SINICA Ｆｅｂ．，２０１５文章编号：０２５８-１８２５（２０１５）０１-００６６-０６高焓激波风洞喷管流场非平衡特性研究汪 球，赵 伟，滕宏辉，姜宗林（中国科学院力学研究所高温气体动力学国家重点实验室，北京 １００１９０）摘 要：高焓激波风洞是开展高超声速流动研究的重要地面模拟设备，但其产生的高焓气流在喷管中的膨胀过程是一种典型的热化学非平衡流动，试验段特征参数通过直接实验测量难以完全确定。

本文通过求解耦合双温度模型的轴对称Ｎａｖｉｅｒ-Sｔｏｋｅｓ方程，研究了高焓激波风洞中典型状态下气流的热化学非平衡流动特性，分析了焓值对非平衡特性的影响规律。

结果表明，喷管出口自由流均匀区域达到出口截面直径的７５％以上，能够为实验提供足够的空间；喷管出口自由流处于热化学非平衡状态，在喷管喉道后约１／５喷管长度处气流即已处于冻结流状态，组分浓度和振动温度随气流流动基本不变；焓值在８．４MＪ／ｋｇ～１９．５MＪ／ｋｇ之间变化时，非平衡程度随着焓值的增加而增强，但是低焓值时非平衡程度的增强更加剧烈。

关键词：爆轰驱动；非平衡；焓值；激波风洞中图分类号：Ｏ２４２ 文献标识码：Ａ doi ：１０．７６３８／ｋｑｄｌｘｘｂ-２０１３．０００１Numerical simulation of non -e q uilibrium characteristicsof hi g h enthal py shock tunnel nozzle flowＷａｎｇＱｉｕ，ＺｈａｏＷｅｉ，ＴｅｎｇＨｏｎｇｈｕｉ，ＪｉａｎｇＺｏｎｇｌｉｎ（The State Ke y Laborator y o f Ｈi g h Tem p erature Gas D y namics ，Institute o f Mechanics ，Chinese Academ y o f Sciences ，Ｂei j in g １００１９０，China ）Abstract ：Ｔｈｅｈｉｇｈｅｎｔｈａｌｐｙｓｈｏｃｋｔｕｎｎｅｌｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｇｒｏｕｎｄｆａｃｉｌｉｔｙｆｏｒｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｈｙｐｅｒｓｏｎｉｃｆｌｏｗ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｅｘｐａｎｓｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｅｈｉｇｈｅｎｔｈａｌｐｙｆｌｏｗｉｎｔｈｅｎｏｚｚｌｅｉｓａｔｙｐ-ｉｃａｌｆｌｏｗｗｉｔｈｔｈｅｒｍｏｎｏｎ-ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌｎｏｎ-ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ，ａｎｄｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｐａ-ｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｆｒｅｅｓｔｒｅａｍｆｌｏｗａｒｅｄｉｆｆｉｃｕｌｔｔｏｂｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｂｙｄｉｒｅｃｔｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｔｏｏｌｓ．ＷｉｔｈｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｏｌｖｉｎｇａｘｉｓｙｍｍｅｔｒｉｃＮａｖｉｅｒ-Sｔｏｋｅｓｅｑｕａｔｉｏｎｓｃｏｕｐｌｉｎｇｗｉｔｈｔｗｏｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｍｏｄｅｌ，ｔｈｅｎｏｎ-ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｆｌｏｗｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｉｎａｈｉｇｈｅｎｔｈａｌｐｙｓｈｏｃｋｔｕｎｎｅｌｕｎｄｅｒｉｔｓｔｙｐｉｃａｌｅｘｐｅｒｉ-ｍｅｎｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｉｓｓｔｕｄｉｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｔｈｅｒｕｌｅｏｆｅｎｔｈａｌｐｙｔｏｔｈｅｎｏｎ-ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓ-ｔｉｃｓｉｓａｌｓｏｓｔｕｄｉｅｄ．Ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｕｎｉｆｏｒｍｆｉｅｌｄａｔｔｈｅｎｏｚｚｌｅｅｘｉｔｃａｎｒｅａｃｈｕｐｔｏ７５％ｏｆｔｈｅｎｏｚｚｌｅｅｘｉｔｄｉａｍｅｔｅｒ，ｗｈｉｃｈｃａｎｏｆｆｅｒｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔｓｐａｃｅｆｏｒｍｏｄｅｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．Ｔｈｅｎｏｚｚｌｅｆｒｅｅｓｔｒｅａｍｗｉｌｌｂｅｆｒｏｚｅｎａｔａｂｏｕｔ０．４ｍａｆｔｅｒｔｈｅｎｏｚｚｌｅｔｈｒｏａｔ．Ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｅｎｔｈａｌｐｙｆｒｏｍ８．４ｔｏ１９．５MＪ／ｋｇ，ｔｈｅｎｏｎ-ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｄｅｇｒｅｅｗｉｌｌｉｎｃｒｅａｓｅｗｉｔｈａｓｅｎｔｈａｌｐｙｉｎｃｒｅａｓｅｓ．Ａｔｔｈｅｌｏｗｅｎｔｈａｌｐｙ，ｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｗｉｌｌｂｅｍｏｒｅｉｎｔｅｎｓｅ．Ke y words ：ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎｄｒｉｖｅｎ；ｎｏｎ-ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ；ｅｎｔｈａｌｐｙ；ｓｈｏｃｋｔｕｎｎｅｌ *收稿日期：２０１３-０１-１０； 修订日期：２０１３-０２-１８基金项目：国家自然科学基金（１１４０２２７５）作者简介：汪 球（１９８５-），男，湖北，研究生，研究方向为高焓气动物理．Ｅ-ｍａｉｌ：ｗａｎｇｑｉｕ＠ｉｍｅｃｈ．ａｃ．ｃｎ引用格式：汪 球，赵 伟，滕宏辉，等．高焓激波风洞喷管流场非平衡特性研究［Ｊ］．空气动力学学报，２０１５，３３（１）：６６-７１．ｄｏｉ：１０．７６３８／ｋｑｄｌｘｘｂ-２０１３．０００１． ＷａｎｇＱ，ＺｈａｏＷ，ＴｅｎｇＨＨ，ｅｔａｌ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｎｏｎ-ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓ-ｔｉｃｓｏｆｈｉｇｈｅｎｔｈａｌｐｙｓｈｏｃｋｔｕｎｎｅｌｎｏｚｚｌｅｆｌｏｗ［Ｊ］．ＡｃｔａＡｅｒｏｄｙｎａｍｉｃａSｉｎｉｃａ，２０１５，３３（１）：６６-７１．０ 引 言高超声速流动规律是设计高超声速飞行器的基础，在航空航天领域具有重要的应用背景。

第22卷　第7期2006年7月甘肃科技Gansu S cience and Technolo gyVol.22　N o.7J uly.　2006喷管中气体流动特性分析郑　玉1,张永恒2(1兰州交通大学数理与软件工程学院,甘肃兰州730030;2.兰州交通大学机电工程学院,甘肃兰州730070)摘　要:分析各种工况下气流流经渐缩喷管和缩放喷管各个截面压力和流量的变化规律,比较两种喷管的基本特性,确定工作条件对喷管中气体流动的影响。

并介绍了实际气流曲线偏离理想气流曲线的因素。

关键词:喷管;压力;流量中图分类号:TQ 0281　引言喷管是利用气体的压力降低使气流加速的特殊管道。

它广泛应用于汽轮机等动力设备中,也应用于通风、空调等热力设备中。

例如在燃气轮机和汽轮机里都需要装设喷管,利用气体流经喷管获得高速气流推动叶轮叶片而作功。

喷管是使流体增速的变截面流道,气流在管道中流动时的状态变化情况和管道截面积的变化情况有密切关系。

由于喷管的长度较短,流速较高,气流从进入喷管到流出喷管的时间很短,因此可以认为喷管中气体流动是可逆的绝热流动过程。

喷管一般分为渐缩喷管和缩放喷管。

渐缩喷管如图1所示,缩放喷管如图2所示。

渐缩喷管沿流动方向截面积是逐渐减小的,气流作亚音速流动。

缩放喷管中气流在渐缩部分作亚音速流动,在渐放部分作超音速流动,在最小截面,即喉部是亚音速流动向超音速流动的转折点,这时流速等于当地音速。

本文通过分析空气流经渐缩喷管和缩放喷管各个截面压力变化和流量变化的规律,气流在喷管内完全膨胀,膨胀过度和膨胀不足等现象,分析研究两种喷管的特性以及工作条件的改变对喷管中气体流动的影响。

2　实验方法实验中必须测量四个变量,测压孔在喷管内不同截面位置X ,气流在该截面上的压力P ,背压P b ,(喷管出口外介质的压力),流量m 。

这些量分别用位移指针位置,可移动真空表,背压真空表以及U 型管压差计来显示。

实验是在一喷管实验台上进行,采用真空泵为动力,大气为气源。

⼯程热⼒学矿⼤套题（另附答案）套题1⼀、填空题（每题2分，共10分）1、t c h p ?=?对于理想⽓体适⽤于热⼒过程；对于实际⽓体适⽤于热⼒过程。

2、使系统实现可逆过程的条件是：①，②。

3、冬季取暖，若不采取任何其他措施，室内温度，室内相对湿度。

（填增⼤、减⼩或不变）4、有⼀种热机，以服从范德⽡尔⽅程的⽓体为⼯质，循环的⾼温热源温度为1200K ，低温热源的温度为300K ，则此循环的热效率t η= ；若循环⼯质改成理想⽓体，则循环的热效率't η= 。

5、⽤压缩因⼦表⽰的实际⽓体状态⽅程式为，表⽰式vvz '=中'v 表⽰。

⼆、是⾮题（每题1分，共10分）（对者√，错者×）1、⽓体常数与⽓体的种类及所处的状态⽆关。

（）2、绝热过程必是定熵过程。

( )3、孤⽴系统熵增原理表明：过程进⾏的结果是孤⽴系统内各部分的熵都是增加的（）4、绝热闭⼝系就是孤⽴系。

（）5、容器中⽓体的压⼒不变，则压⼒表的读数也绝对不会改变。

（）6、对于渐缩喷管，若⽓流的初参数⼀定，那么随着背压的降低，流量将增⼤，但最多增⼤到临界流量。

（）7、不管过程是否可逆，开⼝绝热稳流系统的技术功总是等于初、终态的焓差。

（）8、⽔在⼤⽓中喷淋时温度能降低到低于⼤⽓的温度。

（）9、流动功的⼤⼩仅取决于系统进出⼝状态⽽与经历的过程⽆关。

（）10、系统熵增加的过程必为不可逆过程。

（）三、简答及作图题（每题5分，共25分）1、某⼯质在相同的初态1和终态2之间分别经历2个热⼒过程，⼀为可逆过程，⼀为不可逆过程。

试⽐较这两个过程中相应外界的熵变化量哪⼀个⼤为什么2、对于未饱和空⽓，它的⼲球温度、湿球温度和露点温度三者那个最⼤那个最⼩h-图上表⽰之。

对于饱和空⽓，三者的⼤⼩⼜如何试在dT-上画出四条基本热⼒过程线，然后划出⼀条⼯质受压缩、升温⼜放热3、在s的过程线。

4、⽓体在喷管中流动，欲要加速处于超⾳速区域的⽓流，应采⽤什么形式的喷管，Ts其主要原因是什么5、下图所⽰为蒸⽓压缩式制冷循环的s T 图，试出进⾏各热⼒过程相应设备的名称，并写出制冷和制冷系数的计算式。

喷管两相湍流数值模拟及湍流模型性能评估陈良兵;廖紫默;刘难生;万振华【期刊名称】《固体火箭技术》【年(卷),期】2024(47)1【摘要】研究固体火箭发动机喷管中颗粒质量流率对两相流的影响规律以及不同RANS模型对该问题的预测性能,可为喷管设计等工程应用提供重要参考。

在欧拉-拉格朗日(Euler-Lagrange)框架下,通过3D大涡模拟(3D LES)研究了颗粒质量流率对喷管两相流场的影响规律,以3D LES结果作为参考依据,分析了不同RANS模型针对喷管两相流在2D轴对称和3D模拟中的性能。

结果表明:由于扩张段内颗粒集中在中轴线附近区域,颗粒质量流率越大,该区域马赫数越低,温度越高;壁面附近存在无颗粒区,故边界层内流动几乎不受颗粒影响。

另外,采用不同湍流模型计算得到的颗粒分布与LES基本相同。

在2D轴对称RANS模拟中,发现RNG k-ε模型所预测的气相质量流率和喷管比冲与LES结果吻合最好;在高颗粒质量分数下(约30%),不同湍流模型预测的相对比冲损失差别可超过3%。

在3D RANS模拟中,发现Realizable k-ε模型表现出最佳的综合性能,所预测的物理量沿中轴线分布的准确性均优于其他模型。

当颗粒质量分数约为31.2%时,Realizable k-ε模型所预测的比冲为与LES结果相比误差仅1.56%。

【总页数】11页(P24-34)【作者】陈良兵;廖紫默;刘难生;万振华【作者单位】中国科学技术大学近代力学系【正文语种】中文【中图分类】V435【相关文献】1.计算流体力学湍流模型在喷管流场数值模拟中的比较2.不同湍流模型在射流推力矢量喷管数值模拟中的比较分析研究3.双尺度二阶矩两相湍流模型和水平槽道内两相流动的数值模拟4.喷管二维跨声速两相湍流流场的数值模拟5.两相湍流色噪声扩维法PDF模型及数值模拟因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

第12章非平衡非线性化学动力学侯中怀 hzhlj@中国科学技术大学化学物理系合肥 230026非线性化学动力学的研究对象，是化学体系在远离平衡条件下，由体系中非线性过程的作用，自发形成的宏观尺度上的各种复杂的时空有序结构，包括多重定态，化学振荡，图灵斑图，化学波和化学混沌等[1-3]。

这些现象都是非平衡条件下大量分子的集体行为，因此非线性化学动力学的研究，属于物理化学和非平衡统计物理的交叉领域。

随着20世纪50年代BZ化学反应体系中各类非线性化学现象的实验发现，非线性化学动力学的研究便成为物理化学研究中的一个新的生长点。

20世纪70年代，以普里高津(Prigogine)为首的比利时布鲁塞尔学派提出了著名的“耗散结构”理论[4,5]，奠定了非线性化学现象的热力学基础。

过去20年，计算机技术和非线性科学的发展，使得人们能从理论上再现实验上观测到的各种非线性现象，以深入了解非线性化学现象的动力学机制，从而进一步推动非线性化学动力学在实际体系中的应用。

近年来，随着化学研究的对象向生命和纳米等复杂体系的深入，非平衡、非线性和复杂性之间的相互作用，目前是非线性化学动力学研究的一个主要发展方向。

在生命和表面催化等体系中，实验上已发现大量的非线性动力学行为，如细胞体系内的钙振荡及钙波[6]，生理时钟振荡[7]，单晶表面催化过程中的化学振荡、螺旋波、化学混沌等[8,9]。

研究表明，这些非线性化学动力学行为，对生命体系的功能和催化过程的活性与选择性等，起着非常重要的作用；要深入理解这些作用的机制，必须考虑到实际体系中的各种复杂性因素，包括噪声和无序等随机因素，环境和体系以及体系内部的复杂相互作用等。

本章中，我们将对非线性化学动力学的基本内容和研究进展作一简单概述。

为使内容具有相对完整性，第一节主要介绍非线性化学动力学的基本概念和研究方法。

在第二节和第三节，将重点介绍近年来复杂体系非线性化学动力学的一些研究结果，主要包括环境噪声、空间和拓扑无序、介观反应体系内涨落对非线性化学动力学的调控作用等。

第15卷　第7期强激光与粒子束Vol.15,No.7 2003年7月HIGH POWER LASER AND PARTIC LE BE AMS Jul.,2003　文章编号:100124322(2003)0720639204DF/HF 化学激光器H YL TE 喷管的副喷管质量流量系数Ξ施建华,　袁圣付,　华卫红,　姜宗福,　王红岩(国防科技大学理学院,湖南长沙410073) 摘　要:　对DF/HF 化学激光器HY LTE 喷管的副喷管质量流量进行了数值和理论计算,得出入口滞止压力在0.01～0.4MPa 之间、喉道半高度在0.1～0.9mm 之间的喷管的氘气,氢气和氦气质量流量系数,总结出质量流量系数随入口滞止压力和喉道高度的变化规律,并给出拟合公式,为副喷管的设计提供依据。

关键词:　DF/HF 化学激光器;　HY LTE 喷管;　质量流量系数 中图分类号:TH248.5 文献标识码:A 高超音速低温喷管(HY LTE )是目前国内、国外用于连续波DF/HF 化学激光器的主流喷管[1～4],燃烧室产生的氧化剂流经其主喷管膨胀至超音速,在光腔中与副喷管提供的燃料流混合后起反应产生增益介质(即振动激发态的DF/HF 分子)。

D 2/H 2副喷管的流量直接影响光腔中混合物的成分、激发态分子的形成以及激射环境;He 副喷管提供的稀释剂流将氧化剂流和燃料流隔离,缓冲和抑制反应区升温,使得增益介质有较长的激射区。

为了准确地掌握HY LTE 喷管的副喷管质量流量,我们对HY LTE 喷管D 2/H 2、He 副喷管的质量流量系数进行了研究。

Fig.1　Schematic diagram of HY LTE nozzle blade 图1　HY LIE 喷管叶片示意图 DF/HF 化学激光器的燃料和稀释剂经过管路分流到达喷管的收缩段(见图1),受上一级管路的影响,下级管路的各个入口气流总压之间将变得不均匀,沿上级管路流场方向逐渐下降,因此有必要对不同入口气压喷管内的质量流量系数进行模拟。

复杂几何形状喷管内外三维流场的数值模拟摘要：本文研究了利用数值模拟来研究复杂几何形状喷管内外三维流场的研究。

我们利用一个特殊的不可压缩的流动模型来获取内外流场的属性，并利用三维数值模拟来提供相关结果。

结果表明，复杂几何形状喷管内外三维流场有利于增加流动湍流，从而使内部流场更加复杂。

关键词：复杂几何形状、喷管、流场、数值模拟正文：本文以复杂几何形状喷管内外三维流场为研究对象，利用数值模拟技术进行研究。

选用一个特殊的不可压缩性流动模型来定义内外流场的速度场和压力场，利用三维数值模拟的方法来求解流动问题。

研究了流场中不同的几何形状对流动特性的影响，如流动湍流、能量放大和压力分布等。

分析了喷管内外的流动特性，包括内部的局部混合情况，以及喷管内外壁面上的属性。

最后，总结了复杂几何形状喷管内外三维流场的规律。

复杂几何形状喷管内外三维流场的数值模拟可以用于众多工业领域，特别是催化剂、储油技术和流体动力学相关领域。

例如，可以用来模拟复杂几何形状喷管内外流场特性，为提高催化剂的催化效率提供有益的信息；对于储油技术而言，可以利用数值模拟技术来模拟三维流场特性，根据油地质特征和泄漏方式来预测不同油层的油量和渗透率；此外，流体动力学也可以应用此技术，例如模拟和分析涡轮增压器的流动质量和压力，以及辅助人们在流体发动机设计过程中精确优化流场特性。

另外，复杂几何形状喷管内外三维流场的数值模拟还可以应用于航空航天、医学诊断、重力潮汐和地质勘探领域。

因此，复杂几何形状喷管内外三维流场的数值模拟技术可以作为测试和优化各种工程问题的一种重要手段，这也为物理研究提供了很多有价值的信息，这些信息可以应用到工程实践中去，让我们能够利用有限的资源实现更高效的工程实现。

复杂几何形状喷管内外三维流场的数值模拟技术还可以应用于卫星微重力测量领域。

通过使用复杂几何形状的喷管，可以精确地模拟微重力场，更准确地预测重力影响范围等。

例如，可以模拟宇宙空间环境下太阳系物体之间的重力影响，以此来改善宇航轨道计算，增强宇航器的操纵性能。

《工程热力学》课程试卷一、是非（共12道题，每题1分，共12分）（对者√，错者×）1．公式d u = c v d t适用理想气体的任何过程。

（）2．孤立系统的熵与能量都是守恒的。

（）3．焓h = u + p v，对闭口系统，没有流动功，所以系统不存在焓这个参数。

（）4．当压力超过临界压力，温度低于临界温度，则H2O处在液态。

（）5．实际气体在压力趋于零的极限状态就成为理想气体。

（）6．容器中气体的压力不变则压力表的读数也绝对不会改变。

（）7．在T—S图上，任意二条可逆绝热过程线不能相交。

（）8．再热循环的主要目的是提高汽轮机尾部排汽干度。

（）9．热能利用系数完全地说明了热电循环的经济性能。

（）10．阴雨天中由于空气中增加了水蒸汽量，所以大气压力增大了。

（）11．膨胀功与流动功都是过程的函数。

（）12．水蒸汽在绝热节流前后，其温度可以发生变化。

（）二、选择（共13题，每题1分，共13分）13．压力为10 bar的气体通过渐缩喷管流入1 bar的环境中，现将喷管尾部截去一段，其流速、流量变化为（）。

（A）流速减小，流量不变（B）流速不变，流量增加（C）流速不变，流量不变（D）流速减小，流量增大14．P V = R T描述了（）的变化规律。

（A）任何气体准静态过程中（B）理想气体任意过程中（C）理想气体热力平衡状态（D）任何气体热力平衡状态15．某制冷机在热源T1= 300 K，及冷源T2= 250K之间工作，其制冷量为1000 KJ，消耗功为250 KJ，此制冷机是（）。

（C）（A）可逆的（B）不可逆的（C）不可能的（D）可逆或不可逆的16．系统的总储存能为（）。

（A）U （B）U + p V（C）（C）U + 122m c+m g z （D）U + p V +122m c+m g z17．卡诺定理表明：所有工作于同温热源与同温泠源之间的一切热机的热效率为（）。

（A）（A）都相等，可以采用任何循环（B）（B）不相等，以可逆热机的热效率为最高（C）（C）都相等，仅仅取决与热源和泠源的温度（D）（D）不相等，与所采用的工质有关系18．通过叶轮轴对绝热刚性容器中的气体搅拌，其参数变化为（）。

目　录2014年沈阳航空航天大学航空航天工程学部820工程热力学考研真题2013年沈阳航空航天大学航空航天工程学部820工程热力学考研真题2012年沈阳航空航天大学航空航天工程学部820工程热力学考研真题2011年沈阳航空航天大学航空航天工程学部820工程热力学考研真题2010年沈阳航空航天大学航空航天工程学部820工程热力学考研真题2009年沈阳航空航天大学航空航天工程学部820工程热力学考研真题2014年沈阳航空航天大学航空航天工程学部820工程热力学考研真题沈阳航空航天大学2014年硕士研究生入弩抖目代码；»20料目名称：工程愚力学注意：考生不历才灶题.签上巍答策•离叫共3页 第1更己ill 某理想气一、口。

分】筒答题比蜘 *林7\且中。

、6为常数，或导出其热力学佛侦、培岫y 愉心的计算式*二、【10分】筒择桐求某一绝热不可逆过程的从\时以取个与不可逆过程有相同的初终态的绝热可逆过程代之，用此再逆过程订凭出的AS .就更暧求的绝热不可逆过程的心行吗？为什久?什久样的可逆过程可代替绝掘小可逆过程？三、【向圜3分,共45分】判断俄，正确的打4,错魂的打*1. 蛭过一个不叫逆循环，工质不能诙象到原来状毒"2、 M 不是状卷参数,但热力学能与推动功之和足状态参数.、理iU ’L 体绞巧可逆嗫热过程，增…定埴加， 辞4、对浦册容好中的汽水混合物加热，拭「度F 密模’牝任空气叫逆定招加热刘程中，空气作功珞盼H ：热力学能增加量“6、 系统经不可逆雄热过程后，其炳交喊隘.7、 如果热源温厦不哽，幽诺循坏的输出功，则卡诺搦肆的热效率将不变，私实际气体的用编因子榜咨、小丁成等「1。

,刘 定大小气混段堪站*^压气机，因余瞅件胡的存在，生产 同气体的理论帏功不一登，戒冷机生产量下降-山、燃气轮机装罟采用分级压缩、中间拎环后其热效率肯定提高，II,随循环增徂比的提高，燃气轮机装置实际舫•讯的热效率将提高、12,在朗拧循环基础上实行再热，-定能提高藏汽朗胀箜了的丁度,.共［页♦，虞13、JK.缩气体制冷姑峥中，曲循虾席庄比提尚，制阵系飙洲，循邪制冷缺增大“14、L J采用回逆嶙般机相比.压缩.握气航冷淅M忒钏%流阀筒化了眼统设备.提高r制冷最，降低了制冷系数.15、某理想气体自状恋1枷M逆务变孀*1达状志3,虬温度下降、炳增加，则*休屋力降戒、比容埔麒对外作正功.叫、【15分】计算麒y1V气叫密封有返（.'初态为p L-«,2MPa.耳W）.4m‘，缓慢嶙昧到匕邸m七假设；⑴H程中辫'保持恒定为M-（0）近程中气休咒沿。

1. 由于Q 和W 都是过程量，故其差值（Q-W ）也是过程量。

2. 任一热力循环的热效率都可以用公式T T t 121-=η计算。

3. 在水蒸汽的热力过程中可以存在又等温又等压的过程。

4. 容积比热是容积保持不变时的比热。

5. vdp dh dq -=对于闭口系统和稳定流动开口系统的可逆过程都适用。

6. 可逆过程一定是准静态过程，而准静态过程不一定是可逆过程。

7. 流动功的大小仅取决于系统进出口的状态，而与经历的过程无关。

8. 当压力超过临界压力，温度超过临界温度，则H 2O 处在液态。

9. 将热力系统与其发生关系的外界组成一个新系统，则该新系统必然是一孤立系统。

10. 工质稳定流经一开口系统的技术功大于容积功。

11. 工质吸热，其熵一定增加；工质放热，其熵不一定减小。

12. 在渐扩喷管中截面积增大则气流速度只能减小。

13. 无论过程是否可逆，闭口绝热系统的膨胀功总是等于初、终态的内能差。

14. 理想气体熵的计算公式由可逆过程⎰=∆21T q d S 得出，故只适用于可逆过程。

15. 气体的p C 值总是大于v C 值。

16. 温度越高则'"V V -的值越大。

17. 容器中气体压力不变，则容器上压力表的读数也不会变。

18. 过程量Q 和W 只与过程特性有关。

19. 饱和湿空气中的水蒸气一定是干饱和蒸汽。

20. 一切实际过程都有熵产。

21. 焓的定义是pv u h +=对于闭口系统而言，因为工质没有流动，所以0)(=∆pv ，因此，u pv u h ∆=∆+∆=∆)(。

22. 工质经过一个不可逆循环，其⎰=0ds 成立。

23. 对一渐放形短管，当进口流速为超音速时，可作扩压管使用。

24. 蒸汽动力循环中冷凝器的25. 已知多变过程曲线上任意两点的参数值就可以确定多变指数n 。

26. 已知相同恒温热源和相同恒温冷源之间的一切热机，不论采用什么工质，它们的热效率均相等。

27.在喷管中对提高气流速度起主要作用的是喷管通道截面的形状。

⼯程热⼒学期末试卷及答案⼀．是⾮题1．两种湿空⽓的相对湿度相等，则吸收⽔蒸汽的能⼒也相等。

（） 2．闭⼝系统进⾏⼀放热过程，其熵⼀定减少（）3．容器中⽓体的压⼒不变，则压⼒表的读数也绝对不会改变。

（）4．理想⽓体在绝热容器中作⾃由膨胀，则⽓体温度与压⼒的表达式为kk p p T T 11212-= （）5．对所研究的各种热⼒现象都可以按闭⼝系统、开⼝系统或孤⽴系统进⾏分析，其结果与所取系统的形式⽆关。

（）6．⼯质在相同的初、终态之间进⾏可逆与不可逆过程，则⼯质熵的变化是⼀样的。

（）7．对于过热⽔蒸⽓，⼲度1>x（）8．对于渐缩喷管，若⽓流的初参数⼀定，那么随着背压的降低，流量将增⼤，但最多增⼤到临界流量。

（） 9．膨胀功、流动功和技术功都是与过程的路径有关的过程量（）#10．已知露点温度d t 、含湿量d 即能确定湿空⽓的状态。

（）⼆．选择题（10分）1．如果热机从热源吸热100kJ ，对外作功100kJ ，则（）。

（A ）违反热⼒学第⼀定律；（B ）违反热⼒学第⼆定律；（C ）不违反第⼀、第⼆定律；（D ） A 和B 。

2．压⼒为10 bar 的⽓体通过渐缩喷管流⼊1 bar 的环境中，现将喷管尾部截去⼀⼩段，其流速、流量变化为（）。

（A ）流速减⼩，流量不变（B ）流速不变，流量增加（C ）流速不变，流量不变（D ）流速减⼩，流量增⼤3．系统在可逆过程中与外界传递的热量，其数值⼤⼩取决于（）。

（A ）系统的初、终态；（B ）系统所经历的过程；[（C ）（A ）和（B ）；（D ）系统的熵变。

4．不断对密闭刚性容器中的汽⽔混合物加热之后，其结果只能是（）。

（A ）全部⽔变成⽔蒸汽（B ）部分⽔变成⽔蒸汽（C ）部分或全部⽔变成⽔蒸汽（D ）不能确定5．（）过程是可逆过程。

（A ）.可以从终态回复到初态的（B ）.没有摩擦的（C ）.没有摩擦的准静态过程（D ）.没有温差的三．填空题（10分）1．理想⽓体多变过程中，⼯质放热压缩升温的多变指数的范围_________2．蒸汽的⼲度定义为_________。

扩散模型非平衡态热力学非平衡态热力学是研究非平衡态系统中热力学性质和行为的学科。

在非平衡态热力学中，扩散模型是一个重要的研究对象。

本文将介绍扩散模型在非平衡态热力学中的应用和相关理论。

我们来了解一下扩散模型的基本概念。

扩散是指物质由高浓度区域向低浓度区域自发传播的过程。

扩散模型描述了物质扩散的规律和机制。

在非平衡态热力学中，扩散模型被广泛应用于描述各种物质在非平衡态下的传输过程。

扩散模型的核心是扩散方程，它描述了物质浓度的变化随时间和空间的演化规律。

扩散方程可以用来解释各种非平衡态现象，如热传导、质量传递和电导等。

扩散方程的形式通常为二阶偏微分方程，其中包含了扩散系数、浓度梯度和时间变量。

在非平衡态热力学中，扩散模型的应用非常广泛。

例如，在材料科学领域，扩散模型可以用来研究材料中的原子或分子的扩散行为，从而揭示材料的物理性质和结构变化。

在生物学领域，扩散模型可以用来解释生物体内分子的传输过程，例如细胞膜的渗透和离子通道的传导。

扩散模型在工程学中也有着重要的应用。

例如，在化学工程中，扩散模型可以用来设计和优化反应器和分离器等设备。

在环境工程中，扩散模型可以用来研究污染物在大气、土壤和水体中的传播和转化规律。

扩散模型的研究不仅涉及到理论分析，还包括实验验证和数值模拟。

实验验证可以通过测量物质的浓度分布和传输速率来验证扩散模型的准确性。

数值模拟可以通过求解扩散方程的数值解来模拟和预测扩散过程的行为。

扩散模型还与其他领域的非平衡态热力学模型相互关联。

例如，扩散模型和流体力学模型可以相结合，研究流体中的物质传输和混合过程。

扩散模型和化学动力学模型可以相结合，研究化学反应中的物质转化和反应速率。

扩散模型在非平衡态热力学中扮演着重要的角色，它被广泛应用于各个领域的研究和实践中。

扩散模型的研究不仅有助于我们深入理解非平衡态系统的行为，还为工程设计和环境保护等实际问题提供了重要的理论基础和指导。

未来，随着科学技术的不断发展，扩散模型的研究将会进一步深入，为我们解决更加复杂的非平衡态问题提供更多的思路和方法。