發(fā)布時間：2021-02-07 08:23

　　空化是指液體在流動過程中局部壓力低于當?shù)仫柡驼羝麎憾l(fā)生汽化的現(xiàn)象。液體汽化吸收汽化潛熱,導致汽液兩相間形成溫度差,這種溫差影響汽泡的生成和發(fā)展,即空化熱力學效應。在液體火箭發(fā)動機渦輪泵設(shè)計中,由于低溫試驗開展困難,國內(nèi)目前仍采用水介質(zhì)下的常規(guī)方法設(shè)計和試驗,無法準確預測實際流動狀態(tài)和汽蝕性能。因此掌握水和液氫空化流動數(shù)值計算方法,建立液氫與水空化特性間的定性定量關(guān)系,對空化仿真技術(shù)發(fā)展及氫誘導輪設(shè)計水平提高具有重要的工程意義和實際應用價值。本文主要以Cervone空化試驗數(shù)據(jù)為依據(jù),以NACA0015翼型為研究對象,在考慮熱力學效應條件下研究空不同空化模型在水和液氫空化流動中的適用性以及溫度和流動參數(shù)對水和液氫空化流動的影響�；趩慰张轃崞胶夂蜏囟冗吔鐚痈道锶~定律以及基于兩相間熱平衡和B因子理論分別建立了熱力學效應對空泡半徑和當?shù)仫柡驼羝麎盒拚姆椒�。應用CEL語言對CFX軟件進行二次開發(fā),對應用最廣的Zwart模型進行熱力學效應修正。通過對比343.15K水繞NACA0015翼型空化流動計算結(jié)果與試驗數(shù)據(jù),驗證了兩種修正方法的有效性和一致性。鑒于第一種方法僅適用于空化源項中含有空泡... 

【文章來源】：中國運載火箭技術(shù)研究院北京市

【文章頁數(shù)】：117 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析
        1.2.1 理論研究
        1.2.2 試驗研究
        1.2.3 數(shù)值模擬研究
    1.3 問題的提出
    1.4 本文主要研究內(nèi)容
        1.4.1 課題目標
        1.4.2 研究對象和研究思路
        1.4.3 論文主要內(nèi)容
2 理論基礎(chǔ)及數(shù)值計算方法
    2.1 引言
    2.2 基本控制方程
    2.3 空化模型
        2.3.1 Zwart空化模型
        2.3.2 Merkle空化模型
        2.3.3 Kunz空化模型
        2.3.4 Schnerr-Sauer空化模型
    2.4 熱力學效應修正方法
        2.4.1 基于B因子法則的熱力學效應修正方法
        2.4.2 基于邊界層傅里葉定律的熱力學效修正方法
    2.5 物性參數(shù)修正
    2.6 湍動能對空化的影響
    2.7 空化模型的修正
        2.7.1 基于B因子方法修正的Zwart空化模型
        2.7.2 基于傅里葉定律修正的Zwart空化模型
    2.8 湍流模型
    2.9 壁面函數(shù)
    2.10 CFX軟件二次開發(fā)
    2.11 本章小結(jié)
3 考慮熱力學效應的空化模型在水空化流動中的應用評價
    3.1 引言
    3.2 物理模型及參數(shù)設(shè)置
    3.3 網(wǎng)格劃分及無關(guān)性驗證
    3.4 熱力學效應修正方法對比分析
    3.5 不同空化模型預測水繞翼型空化流動對比分析
        3.5.1 不同空化模型適用性分析
        3.5.2 不同空化模型預測水繞翼型空化流動對比分析
            3.5.2.1 不同空化模型溫度熱敏感性分析
            3.5.2.2 不同空化模型模擬準確性分析
            3.5.2.3 不同空化模型收斂性分析
    3.6 本章小結(jié)
4 考慮熱力學效應修正空化模型在液氫空化流動中的應用評價
    4.1 引言
    4.2 物理模型及參數(shù)設(shè)置
    4.3 計算工況及網(wǎng)格劃分
        4.3.1 計算工況
        4.3.2 網(wǎng)格劃分
    4.4 不同空化模型適用性分析
    4.5 空化模型經(jīng)驗系數(shù)修正
        4.5.1 Zwart模型經(jīng)驗系數(shù)修正
    4.6 Schnerr-Sauer空化模型空泡密度修正研究
    4.7 Merkle空化模型經(jīng)驗系數(shù)修正研究
    4.8 不同空化模型在液氫空化流動中的應用評價
        4.8.1 不同空化模型在液氫空化流動中的溫度熱敏感性差異分析
        4.8.2 不同空化模型的模擬準確性分析
    4.9 本章小結(jié)
5 不同溫度水空化流動特性分析
    5.1 引言
    5.2 數(shù)值計算方法
    5.3 不同溫度水空化流動熱力學效應差異
        5.3.1 壓力分布特性分析
        5.3.2 空化長度、空泡形態(tài)及汽相體積分數(shù)對比分析
        5.3.3 溫度分布特性分析
        5.3.4 質(zhì)量傳輸特性分析
    5.4 流動參數(shù)對水空化特性影響分析
        5.4.1 出口壓強對水空化流動的影響分析
        5.4.2 入口速度對水空化流動影響分析
    5.5 來流溫度微小變化對水空化流動的影響分析
    5.6 本章小結(jié)
6 液氫空化流動特性分析
    6.1 引言
    6.2 數(shù)值模擬方法
    6.3 不同溫度液氫間空化熱力學效應差異分析
        6.3.1 壓力分布特性
        6.3.2 空化長度、空泡形態(tài)及汽相體積分數(shù)分布特性
        6.3.3 溫度分布特性
        6.3.4 質(zhì)量傳輸特性
    6.4 流動參數(shù)對液氫空化流動影響分析
        6.4.1 出口壓強對液氫空化流動的影響分析
        6.4.2 入口速度對水空化流動影響分析
    6.5 溫度微小變化對液氫空化流動影響分析
    6.6 液氫與水間空化特性對比分析
    6.7 本章小結(jié)
7 總結(jié)與展望
    7.1 總結(jié)
    7.2 展望
參考文獻
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
[1]液氮空化非穩(wěn)態(tài)脫落過程可視化實驗研究[J]. 朱佳凱,王舜浩,余柳,邱利民,張小斌.  低溫工程. 2018(02)
[2]低溫流體汽蝕的數(shù)值計算及可視化實驗研究[J]. 姜映福,劉中祥,褚寶鑫.  推進技術(shù). 2017(12)
[3]不同溫度水體空化水動力脈動特性的試驗研究[J]. 時素果,王國玉,胡常莉,高德明.  機械工程學報. 2014(08)
[4]大推力氫氧發(fā)動機關(guān)鍵技術(shù)及解決途徑[J]. 鄭大勇,陶瑞峰,張璽,向猛.  火箭推進. 2014(02)
[5]超小型葉柵空化流場試驗研究[J]. 張瑤,周志杰,羅先武,許洪元.  農(nóng)業(yè)機械學報. 2014(09)
[6]低溫介質(zhì)質(zhì)量傳輸空化模型的代理分析及優(yōu)化[J]. 吳欽,王國玉.  應用力學學報. 2013(05)
[7]熱力學效應對低溫誘導輪旋轉(zhuǎn)汽蝕影響的數(shù)值研究[J]. 唐飛,李家文,李永,周成.  火箭推進. 2013(02)
[8]低溫流體空化特性的數(shù)值計算研究[J]. 時素果,王國玉,馬瑞遠.  工程力學. 2012(05)
[9]重型運載火箭及其應用探討[J]. 何巍,劉偉,龍樂豪.  導彈與航天運載技術(shù). 2011(01)
[10]考慮熱力學效應的高溫水空化模擬[J]. 季斌,羅先武,吳玉林,張瑤,許洪元.  清華大學學報(自然科學版). 2010(02)

博士論文
[1]熱力學敏感流體空化流動三維數(shù)值模擬研究[D]. 孫鐵志.哈爾濱工業(yè)大學 2016
[2]低溫流體空化特性數(shù)值研究[D]. 馬相孚.哈爾濱工業(yè)大學 2013

碩士論文
[1]考慮熱力學效應的空化模型修正及低溫空化流的數(shù)值模擬研究[D]. 王超超.江蘇大學 2018
[2]熱力學效應對誘導輪空化影響研究[D]. 陳曉.中國航天科技集團公司第一研究院 2017
[3]發(fā)動機冷卻水泵熱力學效應下的汽蝕機理研究[D]. 李維強.江蘇大學 2016
[4]低溫條件下空化流動特性數(shù)值研究[D]. 曹海濤.哈爾濱工業(yè)大學 2010



本文編號：3021959