药型罩参数对聚能射流水下运动的影响

目的 研究药型罩结构参数对所形成的聚能射流在水中运动的影响,改进水中聚能射流的运动特性。方法 采用多物质单元ALE法就锥形罩射流对水介质的侵彻进行数值模拟,分析锥形装药结构中药型罩锥角和厚度对所形成的聚能射流侵彻水时运动参数的影响。结果 锥形罩锥角大小及药型罩厚度对聚能射流在水中的形状、射流速度、加速度等有着明显的影响。侵彻体进入水中10 cm后,药型罩的锥角从30°增加到150°的过程中,剩余速度先增大、后减小,在90°时达到最高。药型罩厚度为1.5～4mm时,剩余速度变化起伏小;厚度为4～6 mm时,剩余速度开始大幅下降。结论 当锥角为90°时,罩厚为4 mm的药型罩所形成的射流在水中表现最好,形成的射流侵彻深度最长,侵彻水介质10 cm后的剩余速度最大,存速能力最强。     

高压管道天然气泄漏扩散过程的数值模拟

采用CFD模型的方法对高压管道内的天然气泄漏和扩散过程进行了数值模拟。其结果表明，从高压管道泄出的天然气在大气中主要表现为高速射流的泄漏过程和随后的扩散过程。在泄漏过程中，天然气在泄漏口附近为欠膨胀射流，整个泄漏过程具有一定的高度；在扩散过程中，天然气在浮力作用下以向上扩散的形式发展。研究了不同环境风速对扩散过程的影响，较大的风速可以使天然气向下风方向更远的距离扩散，从而增大了天然气爆炸危险浓度的范围。研究结果可     

温度梯度影响爆燃转爆轰的数值模拟

采用一维带真实化学反应的Navier-Stokes方程对温度梯度影响爆燃转爆轰的过程进行了数值模拟。结果表明，点火温度的不均匀性对可燃预混气的燃烧模式有显著影响。在零温度梯度条件下，点火初期呈可燃气等容爆炸现象，随后发展为火焰传播；在小温度梯度下，点火后会导致爆轰形成，但很快衰减为爆燃过程；当温度梯度增加到合适值时，点火燃烧后可形成过驱爆轰并最终称为稳定爆轰状态；而温度梯度过大时，仅呈现正常火焰传播状态。不同温度梯度可以导致燃烧化学反应放热与热传导之间的竞争，因而形成了不同的燃烧模式。上述研究对实际过程中爆轰形成现象的防治有着一定的理论意义。     

楔形障碍物与火焰的作用

采用多镜头Cranz ＆ Schardin高速摄影机,对卧式燃烧方管内楔形障碍物与CH4/空气预混火焰的相互作用进行了实验研究,获得了高清淅度的障碍物诱导火焰失稳的分幅时序照片.基于RANS方法,对上述复杂物理现象进行了数值模拟.计算结果与实验结果基本相符,反映了火焰在管内传播与变形的详细过程,得到了楔形障碍物所导致的火焰加速与变形的内在机理,揭示了火焰传播过程中由层流燃烧向湍流燃烧转捩的本质.     

温度梯度影响爆燃转爆轰的数值模拟

采用一维带真实化学反应的Navier-Stokes方程对温度梯度影响爆燃转爆轰的过程进行了数值模拟.结果表明,点火温度的不均匀性对可燃预混气的燃烧模式有显著影响.在零温度梯度条件下,点火初期呈可燃气等容爆炸现象,随后发展为火焰传播;在小温度梯度下,点火后会导致爆轰形成,但很快衰减为爆燃过程;当温度梯度增加到合适值时,点火燃烧后可形成过驱爆轰并最终称为稳定爆轰状态;而温度梯度过大时,仅呈现正常火焰传播状态.不同温度梯度可以导致燃烧化学反应放热与热传导之间的竞争,因而形成了不同的燃烧模式.上述研究对实际过程中爆轰形成现象的防治有着一定的理论意义.     

跨介质航行器高速斜入水跳弹现象研究

目的 揭示跨介质航行器高速入水跳弹行为的机理,提高航行器的突防能力。方法 基于STAR-CCM+流体仿真软件,采用VOF多相流模型以及Schnerr-Sauer空化模型,计算航行器跳弹过程的空化流场,并运用重叠网格技术,耦合六自由度弹道方程,求解航行器的运动特性。利用所建立的计算模型,研究航行器在不同入水速度和角度下的空泡演化、水动力和弹道特性,揭示航行器产生跳弹现象的原因和规律。结果 航行器在小角度高速入水时,水下运动轨迹会发生很大的变化,经历了入水、浸水、出水3个阶段。结论 产生跳弹现象的主要原因是航行器在入水后,头部上下缘以及弹尾两侧受力不均,形成了向上的偏转力矩,使得航行器的俯仰角发生了较大的改变,并且随着航行器的入水速度加快,入水角度减小,跳弹现象越容易产生。     

基于代理模型的制导子弹气动外形优化设计

目的 针对传统气动外形优化设计依赖于高精度仿真耗时过长的问题，为有效提高气动优化设计的效率，提出一种基于代理模型的气动外形优化方法。方法 以12.7 mm制导子弹为研究对象，通过CFD仿真，分析尾翼收缩段长度、弹底半径和尾翼收缩扩张段交界处半径对制导子弹飞行过程中阻力系数的影响。基于代理模型技术，综合运用试验设计、参数化建模、CFD技术和四阶响应面模型，构建制导子弹气动外形优化设计代理模型，以制导子弹飞行过程中的最小阻力系数为优化目标，结合遗传算法对制导子弹外形参数进行优化。结果 对比四阶多项式响应面和Kriging模型建立的代理模型预测精度，与测试样本点CFD仿真计算结果相比，四阶响应面代理模型阻力系数预测值的平均误差为0.386%。表明四阶响应面代理模型能够有效替代CFD仿真，可用于预测不同外形参数下制导子弹的阻力系数。结论 相对于最初的制导子弹外形，制导子弹的阻力系数下降了14.59%，有效减少子弹飞行过程中的能量损失和缩短了优化时长。该方法在保证精度的前提下，减少了制导子弹的设计周期，为相关工程应用与研究提供了一定的参考。     

回形障碍物影响火焰的实验和数值研究

在充满甲烷-空气预混气的方形燃烧管内，对火焰穿过回形障碍物的情形进行了实验研究，拍摄到了障碍物附近流场的时序阴影照片。基于k—ε湍流模型和EBU燃烧模型的同位网格SIMPLE算法，进行了三维数值模拟，绘制了火焰阵面三维视图。根据实验结果和数值计算结果，详细讨论了火焰进入到出离障碍物这一过程中，回流区、剪切层、湍流以及火焰形状等的变化特征。     

回转体高速入水弹道模型研究

目的 快速预测回转体高速入水过程中的空泡形态发展和分析回转体高速入水后的弹道特性。方法 基于空泡截面独立扩张原理,建立回转体高速入水非定常超空泡计算方法,通过高速水动力计算方法,结合回转体动力学方程,实现回转体运动参数的求解。结果 通过与文献试验结果对比,验证了回转体高速入水弹道模型的可靠性。对比试验结果,模型的预测误差在10%以内,可满足回转体高速入水弹道预测需要。利用所建立的弹道模型计算了回转体在高速垂直、倾斜入水2种工况下的空泡形态、运动参数变化。发现回转体高速入水过程中,空泡会影响回转体的运动,回转体速度衰减主要和空化器阻力有关。回转体在受到扰动角速度的影响后,滑行力会改变回转体的姿态角和攻角,并使弹道发生弯曲,但有助于回转体运动的稳定。结论 在入水空泡能完全包裹回转体的情况下,可对回转体进行结构优化,增强回转体尾拍运动中受到的滑行力,提升回转体高速入水运动稳定性。适当减小空化器直径,能降低回转体入水过程中的阻力,并增加射程。     

弹头构型对水下射弹表面气泡形态的影响

目的 研究弹头构型对水下射弹表面气泡的影响,提高射弹微气泡减阻的效果。方法 基于高速摄像系统,针对不同弹头构型的水下射弹展开水洞试验研究。对比分析不同速度和通气压力情况下,平台锥形弹头产生的微气泡形态变化规律,以及相同速度和通气压力下,不同弹头构型产生的微气泡形态变化规律。结果 相较椭圆尖弹头,平台锥形弹头更容易在微孔材料的前缘区域形成大气泡,对弹体具有更好的包裹效果。对于不同的弹头构型,在相同流速和通气压力下,弹头锥度为43.6°时的空泡包裹效果最好。结论 存在一个最佳的锥度使气膜的覆盖面积达到最大。