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文章编号:10071385(2006)04005502流-固耦合计算的应用研究赵 琳 胡江峰 刘振侠(西北工业大学动力与能源学院,陕西西安 710072)摘 要:为了解决用常规算法求出的流体与固体对流换热系数的不真实性问题,采用了流固耦合计算方法计算固体壁面的温度。
其中采用模型模拟湍流流动,用壁面函数法修正处于流场内部的固壁,通过固体和流体双向耦合换热计算,得出了整个流场、温度场包括(固体部分和流体部分)的分布。
关键词:固体;流固耦合;流场;温度场中图分类号:TK123文献标识码:A从现有的资料来看,虽然国内的许多专家对流固之间换热研究较多,但大多数都采用一系列对流换热、冷却效率等的经验公式来计算固体的壁温,而不考虑流场变化对换热的影响。
这些做法虽然在计算上有一定的依据,但求出的流体与固体对流换热系数其实是不真实的。
针对传统方法的不足,本文在固体壁温计算中采用流-固耦合的计算方法,将固体结构及其周围气体做为统一的耦合场计算,这样就可以在计算出流体的流场和温度场的同时,计算出壁面的温度场。
避免了传统做法中依靠经验公式,单方面先计算流场再计算壁温的做法,进一步提高了计算精度。
1 数学模型的建立随着计算流体动力学(CFD)以及计算传热学的发展,数值计算方法逐渐成为预测复杂流动传热的强有力的方法。
本文把固体和流体作为一个统一的数学模型来考虑,建立流固统一控制方程,进行全三维(包括流体和固体在内)流固耦合场进行计算,得出了整个温度场和流场分布。
1.1 计算域模型及网格本文计算模型如图1、图2所示,图1为一气膜冷却板,图2为整个计算区域。
其中冷气从板上面流动,热气从板下面流动,流体区域通过固体板中的小孔相连。
其中气膜冷却板中小方块的各个顶点为计算监测点。
收稿日期:20060329作者简介:赵琳(1981),女,陕西宝鸡人,在读研究生图1气膜冷却板模型图图2 计算域模型图本文采用非结构化的四面体网格及结构化网格对计算域进行网格划分,网格图如图3、图4所示。
基于流固耦合的部分进气涡轮数值模拟研究赵瑞勇;陈晖;刘军年;毋杰【摘要】发展了三维线性插值算法用于CSD/CFD耦合计算数据交换,对某型液体火箭发动机部分进气涡轮进行了气/热/固多学科耦合数值仿真.结果表明,发展的三维线性插值程序对网格类型限制性小,计算简单,计算量小,插值结果能够满足耦合计算要求.仿真结果表明,某型火箭发动机涡轮由于其部分进气结构设计和叶轮高速旋转,设计工况下在涡轮转子入口处产生了较强的激波,激波与边界层干涉不仅使涡轮转子叶片的载荷分布出现了强烈的不均匀性,同时在叶轮的高速旋转下,该涡轮转子受到强烈的气动、热交变力冲击,其结构强度问题变得尤为突出.耦合计算分析认为设计工况下,该型涡轮结构设计,转子强度能够满足要求.【期刊名称】《火箭推进》【年(卷),期】2015(041)005【总页数】5页(P38-42)【关键词】部分进气涡轮;CFD/CSD;数值仿真【作者】赵瑞勇;陈晖;刘军年;毋杰【作者单位】西安航天动力研究所,陕西西安710100;西安航天动力研究所,陕西西安710100;西安航天动力研究所,陕西西安710100;西安航天动力研究所,陕西西安710100【正文语种】中文【中图分类】V434.21-340 引言部分进气设计的燃气涡轮机内部流动极为复杂，由于粘性和复杂几何条件引起的激波存在相互耦合，造成了流动的非定常性和非稳定性，其内流场气动特性不同于一般燃气涡轮。
某型液体火箭发动机涡轮由于其部分进气设计和叶轮高速旋转导致叶轮受到强烈的交变力冲击，对叶片应力分布产生很大影响。
考虑真实工况的气动、热载荷进行叶轮强度计算对涡轮结构设计和工程研制有着重要意义。
限于整机试验研究成本，随着计算机技术和CFD技术的发展，对涡轮进行流固耦合数值仿真成为研究该问题的重要手段。
在流固耦合仿真计算中，由于流体域和固体域耦合交界面网格疏密不一致，因此要想实现载荷传递与流固数据交换，寻求高效率、小误差的CSD/CFD数据交换方法是实现耦合技术的关键。
喷管二维跨声速两相湍流流场的数值模拟摘要：本文将介绍喷管二维跨声速两相湍流流场的数值模拟，分析其影响因素，考察模型的准确性和有效性。
研究发现，这样的数值模拟能够有效地揭示流动特性，并提供重要的结论和见解。
关键词：喷管二维跨声速两相湍流；数值模拟；影响因素；流动特性正文：本研究旨在通过数值模拟喷管二维跨声速两相湍流流场，考察其影响因素，探讨准确性和有效性模型。
为了实现这一目标，我们用基于有限差分方法建立了一个数值模拟系统，并利用用于解决跨声速两相湍流模型的特征网格方法，模拟和研究了流场的主要性质，包括可视化流动，压力场，和准确的静力学特性。
研究结果表明，数值模拟系统可以有效地描述喷管二维跨声速两相湍流流场的特性，并且能够识别出影响流动的主要因素。
同时，我们也发现，由数值模拟系统对于流场的预测是可信的，并最终得到了重要的结论和见解。
喷管跨声速两相湍流流场的数值模拟结果可以用于有效解决多种实际工程问题。
例如，该模拟可以应用于气动系统中的源污染控制，因为它可以提供准确的压力分布信息，从而有助于提高给水系统的可操作性和可靠性。
此外，该模拟也可以用于飞行器设计，通过对流动特性的全面准确研究，有助于设计出低阻力、高效率的发动机结构。
另外，它也可以用于快速检索溃坝泄洪系统中存在的潜在危险，从而帮助专家提前采取有效的防洪措施。
此外，该模型还可以应用于改善节能建筑物设施的效率，通过对流动特性进行深入分析，可以设计出更有效的空气循环系统，以及更高效的热控系统。
此外，该模拟还可以用于提高汽车制造的流程效率，通过对压力和流量分布的精准计算，可以设计出更有效的制造流程。
本文介绍了基于喷管跨声速两相湍流流场的数值模拟，并就该模拟在实际工程中的应用提出了相关建议。
通过精准的流动特性研究，可以有效改善特定的实际系统性能，为气动系统、节能建筑物系统、飞行器系统以及汽车制造等众多实际问题的解决提供帮助。
此外，数值模拟系统还可以用于协助设计更有效的水力流体系统，比如火电厂、发电站以及水电站，这将有助于提高发电效率并降低能源成本。
结构参数对三维拉伐尔喷管流场分布影响的数值模拟袁培;许旺龙;吕彦力;付云飞【摘要】采用流体动力学软件ANSYS CFX，对不同结构参数的三维拉伐尔喷管的流体流场分布影响进行数值模拟分析，得到喷管内天然气流场的分布曲线。
分析结构参数对拉伐尔喷管内流体流场分布的影响，并对不同的喷管结构参数进行均匀设计，选出最优结构参数。
研究结果表明：喷管结构参数变化对喷管流场有不同程度的影响，入口直径对流体的流场分布影响较小，喉部直径和出口直径对喷管内流场分布的影响很大。
通过均匀设计试验可知，在一定的结构参数范围内，拉伐尔喷管的最优结构参数是入口直径 Di=70 mm，喉部直径 Dt=6 mm，出口直径 Do=20 mm。
【期刊名称】《油气田地面工程》【年(卷),期】2015(000)009【总页数】3页(P31-33)【关键词】拉伐尔喷管;结构参数;数值模拟;均匀设计【作者】袁培;许旺龙;吕彦力;付云飞【作者单位】郑州轻工业学院能源与动力工程学院;郑州轻工业学院能源与动力工程学院;郑州轻工业学院能源与动力工程学院;郑州轻工业学院能源与动力工程学院【正文语种】中文天然气在开采、集输和加工过程中，天然气中的水蒸气易凝结为液态水，当天然气中的酸性气体硫化氢和二氧化碳等溶于液态水中时，形成酸性溶液，会腐蚀和堵塞天然气管线中阀门及仪表等装置。
利用喷管的超音速分离技术对天然气脱水是防止酸性溶液和天然气水合物形成的有效措施[1-2]。
宋婧[3]对喷管的超音速分离技术进行了详细分析和研究，通过数值模拟，得出了超音速喷管内部流动参数和凝结参数的变化规律，以及超音速喷管几何结构参数变化对超音速分离效果的影响规律。
文闯等[4]研究了喷管的收缩比、收缩半角和扩张半角对天然气超音速喷管分离性能的影响，增大收缩比和收缩半角可以有效改善喷管分离性能，但收缩半角大于30°时，改善效果不明显，扩张半角对分离性能有显著影响。
刘雪东等[5]采用CFD方法模拟了水在不同结构参数的拉伐尔喷管中对空化效果的影响，结果表明，在几个结构参数中，喉部直径的改变对喷管空化特性的影响最大。
Ξ液体火箭发动机喷管化学反应黏性流场数值模拟和实验验证费继友1,刘焕彬1,姚玉环2,俞炳丰3(1.华南理工大学,广东广州 510640; 2.茂名学院,广东茂名 525000; 3.西安交通大学,陕西西安 710049)摘要:运用耦合点隐式方法的M acCo rm ak 两步差分格式求解N 2S 方程,对喷管中的可压、黏性、湍流流体的流动,进行了数值模拟,得到了一些实验不能得到的参数分布,研究结果对发动机的设计、性能和理论研究具有重要的实际意义和参考价值,最后用实验对数值模拟结果进行了验证。
关键词:火箭发动机;喷管;数值模拟;N 2S 方程中图分类号:V 434 文献标识码:A 文章编号:100727812(2004)022*******Nu m er ica l Si m ula tion and Exper i m en ta l Va l ida tion of Che m ica l Reaction V iscousTurbulen t Flow F ield i n the Nozzle of L iqu id RocketM otorFE I J i 2you 1,L I U H uan 2b ing 1,YAO Yu 2huan 2,YU B ing 2feng3(1.Sou th Ch ina U n iversity of T echno logy 510640,Ch ina ; 2.M aom ing Co llege ,M aom ing525000,Ch ina ; 3.X i ′an J iao tong U n iversity ,X i ′an 710049,Ch ina )Abstract : T h is paper so lves the N 2S equati on by u sing tw o 2step difference coup led 2i m p licit M acCo rm ack schem e ,num erically si m u lates the comp ressib le viscou s tu rbu lence flow in the nozzle of rocket mo to r and ob tain s the param eter p rofiles that canno t be ob tained from the experi m en ts .T he resu lts are of p ractical m ean ing and are i m po rtan t to the design ,i m p rovem en t of perfo rm ance and theo ry exp lo rati on of rocket mo to r .F inally the resu lts of num erical si m u lati on are validated by the experi m en ts of rocket mo to r .Key words : rocket mo to r ;nozzle ;num erical si m u lati on ;N 2S equati on引 言推进剂在火箭发动机燃烧室中燃烧的过程是一个非常复杂的物理化学过程,在燃烧室中的化学反应动力学模型、控制方程和湍流模型作者已进行了详细的推导[1],而燃烧后的高温、高压气体在喷管中的可压、黏性、湍流流动特性是火箭发动机喷管设计的基础,本文运用耦合点隐式方法的M acCo rm ak 两步差分格式求解N 2S 方程,对其进行数值模拟,研究的结果对发动机的设计、性能和理论研究具有重要的实际意义和参考价值。
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。
