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第2期2021年2月机械设计与制造Machinery Design&Manufacture49某防暴喷射管管内流场数值模拟张燕丽1,赵法栋2,赵悦2,庄弘炜2（1武警工程大学基础部，陕西西安710086;2.武警工程大学装备管理与保障学院，陕西西安710086）摘要:采用流固耦合的方法，基于COMSOL仿真平台对某防暴喷射管内部流场进行了数值模拟,分析了发射管结构和气室初始压强对管内冲击挤压流动过程的影响。
结果表明:在气室初始压强为20MPa,战剂容量为10ml的情况下，发射管内径越小，管流.阻力越小,活塞运动时间越短，战剂出口速度越小，能量利用率越高；增大气室初始压强能缩短管内流动时间，加快出口速度;锥直形喷嘴结构的突变造成了战剂压强和速度的波动。
研究结果可为喷射管的优化设计提供理论依据。
关键词:流固耦合;管内流场;防暴喷射管;数值模拟中图分类号:TH16；TJ99文献标识码:A文章编号:1001-3997(2021)02-0049-05Internal Flow Field Numerical Simulation of a Certain Anti-Riot EjectorZHANG Yan-li1,ZHAO Fa-dong2,ZHAO Yue2,ZHUANG Hong-wei2(1.Engineering University of People*s Armed Police,Base Department,Shaanxi Xi'an710086,China;2.Engineering University of People's Armed Police,Equipment Management and Support College,Shaanxi Xi'an710086,China)Abstract:Based on the COMSOL simulation platform,the internal flow field simulaiton of a certain anti-riot ejector was carried out by us ing f luid-s t ructure coupling method.The influence of t he structure qf t he launch pipe and the initial pressure of t he gas chamber on the impact-extrusion process in the pipe was analyzed.The results show that when the initial pressure of the gas chamber is20MPa and the capacity of the agent is10ml,the smaller the inner diameter of the launch pipe,the smaller the resistance of the tube flow,the shorter the movement time of the piston,the smaller the outlet velocity,and the higher the energy utilizaiion rate.The larger the initial pressure of the gas chamber can shorten the flow time and increase the outlet velocity.The conical straight nozzle causes the fluctuation of the pressure and velocity of t he agent.The research results can provide theoretical basis for the optimal design,of t he anti—riot ejector.Key Words:Fluid-Structure Coupling；Internal Flow Field；Anti-Riot Elector；Numerical Simulation1引言某防暴喷射管是一种配属到专用发射装置，以高压气体为动力,推动管内的装填战剂（液态刺激剂）从喷口高速喷出形成射流，喷射到有生目标，使之暂时失去抵抗能力的警用非致命弹种。
CFD中的LES⼤涡模拟1引⾔湍流运动是⽬前计算流体⼒学中困难最多因此也最活跃的领域之⼀。
当湍流存在，则住在其他相关的流动现象，并引致能量耗散、混合以及传热。
没有三维的涡，则没有真正的湍流，因为只有在三维的流动中，涡旋才能进⾏伸展并产⽣新的涡旋。
⽬前可采⽤的数值计算⽅法分为三类：直接模拟（Direct Numerical Simulation，DNS）、⼤涡模拟（Large Eddy Simulation，LES）和雷诺时均法（Reynolds-averaged Navier–Stokes，RANS）。
RANS经过长期的发展，已经⾮常成熟。
但RANS通过将速度进⾏平均后，并不能捕获湍流中的⼩涡结构。
同时，这些⼩涡基本是各项同性的。
另⼀⽅⾯，从主流中抽取能量的⼤涡却是各向异性，并且其和计算域的⼏何、边界、体积⼒⾼度关联。
在使⽤RANS的时候，整个流场中必须使⽤同⼀个湍流模型对各种尺度下的湍流进⾏解析，但通常⼤涡和⼩涡的表现是不同的。
因此研究学者对⼀种更完善的模型进⾏了探索。
不同于RANS，LES对⼤涡进⾏解析的同时对⼩涡进⾏模化。
LES认为⼤涡直接受边界条件的影响因此对其解析，但⼩涡是各项同性的因此他们表现相同，可以进⾏模化。
由于LES把⼩涡进⾏了模化，因此最⼩的⽹格单元需要⼤于Kolmogorov尺度（最⼩的涡旋尺度）。
同时LES的时间步可以⽐DNS⼤的多。
因此，对于给定的计算资源，相对于DNS，LES可以计算更⼤雷诺数的算例。
另外，不同于RANS中平均的概念，LES使⽤的是⼀种空间滤波技术。
LES模型的概念如下：1⾸先要确定⼀种滤波函数和截⽌尺度Δ。
这样，就可以对所有⼤于截⽌尺度的涡进⾏⾮稳态计算；2使⽤滤波函数对依时变量进⾏空间滤波操作，在这⼀步，⼩于截⽌尺度的涡被过滤掉；3在解析⼤涡和模化⼩涡的数学操作中，会产⽣⼀个亚格⼦尺度应⼒项（Sub-grid-scale Stress，SGS），亚格⼦尺度应⼒需要通过SGS模型来模化；在LES中，截⽌尺度Δ是⽤来表明“多⼤的涡才算⼤涡”的概念。
大涡模拟的原理
大涡模拟（LES）是一种计算流体力学（CFD）方法，用于模拟流动中的大尺度涡旋行为。
相比于传统的雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）方法，LES可以更准确地捕捉流动中的湍流结构。
LES将流动场分解
为大尺度涡旋和小尺度涡旋，大尺度涡旋被直接模拟，而小尺度涡旋则被认为是一种随机噪声，并通过子网格模型（SGS）计算。
LES方法的基本原理是通过在时间和空间上对流场进行分解，将大尺度的湍流结构通过直接数值模拟（DNS）进行计算，而小尺度的
结构则通过SGS模型计算。
LES方法在时间上的分解通常采用滤波器方法，通过对流场进行滤波来分离大尺度结构和小尺度结构。
在空间上的分解通常采用泰勒级数展开，将流场分解为平均流量和流量扰动。
LES方法的优点是可以提供更准确的流场预测，适用于需要对湍流结构进行精细分析的复杂流动问题。
同时，LES方法也存在一些挑战，如计算成本高和需要更高的计算资源等问题。
因此，LES方法通常适用于高性能计算领域和需要进行高精度模拟的工程和科学研究
领域。
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冲击挤压式脉冲射流动力特性数值模拟陆朝晖;卢义玉;夏彬伟;刘勇;葛兆龙;左伟芹【摘要】基于Fluent软件建立以流体体积函数(VOF)模型和Realizable k-ε湍动模型组合的二维多相流瞬态数值计算模型,采用定义瞬态压力入口边界的方法,对冲击挤压式脉冲射流的形成过程进行模拟计算.结果表明:基于此组合模型和方法计算得出的动态射流结构与试验结果具有较高的吻合度；喷嘴出口的水动力特征是影响射流结构及变化的最主要外在因素；射流前部生成的伞状结构能限制射流中心区表面气体涡的发展,有利于提高有效中心射流的收敛度；射流前部轴心速度发展至最大时,射流前端形成一层厚度约为2倍喷嘴直径的低速高湍动层.【期刊名称】《中国石油大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(037)004【总页数】5页(P104-108)【关键词】射流;挤压式水射流;流体体积函数;Realizable k-ε模型;水动力特征【作者】陆朝晖;卢义玉;夏彬伟;刘勇;葛兆龙;左伟芹【作者单位】重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室,重庆400030;国土资源部页岩气资源勘查重点实验室,重庆400042;重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室,重庆400030;重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室,重庆400030;重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室,重庆400030;重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室,重庆400030;重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室,重庆400030【正文语种】中文【中图分类】TE921冲击挤压式脉冲射流能实现对射流的瞬间加速,具有较强的冲蚀破碎硬岩的能力,被广泛应用于石油、采矿等工业领域[1-4]。
高速摄像研究中发现,冲击挤压式脉冲射流一般具有一个伞状的头部结构,其特殊射流结构的形成机制至今未被揭示。
通过建立基于有限差分法等数值方法的数学模型[5-6],可预测挤压腔体内压力和喷嘴处流场特征,但应用此类方法不能分析和研究射流喷出后所涉及的射流压力、速度等物理量。
