某氣密裝置復(fù)雜腔體流場(chǎng)特性研究及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化
發(fā)布時(shí)間：2017-07-16 05:09
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【摘要】：超大型復(fù)雜腔體是一種新型的氣密裝置，它具有結(jié)構(gòu)特征復(fù)雜，幾何尺寸大，單次燃?xì)廨斎肓看蟮忍攸c(diǎn)。同時(shí)，對(duì)超大型腔體內(nèi)部復(fù)雜燃?xì)饬鲌?chǎng)的研究幾乎沒(méi)有成功的先驗(yàn)算例。本文利用CFD軟件Fluent對(duì)腔體內(nèi)部復(fù)雜燃?xì)饬鲌?chǎng)特點(diǎn)進(jìn)行流體動(dòng)力學(xué)分析，主要完成了以下幾個(gè)方面的工作： 1、在系統(tǒng)考察了Fluent核心算法和理論基礎(chǔ)之后，自行編寫(xiě)了C語(yǔ)言程序模塊，對(duì)FLUENT軟件進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，解決了邊界條件輸入量隨時(shí)間動(dòng)態(tài)改變的參數(shù)問(wèn)題和網(wǎng)格層依據(jù)受力情況實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)更新問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了超大型復(fù)雜腔體內(nèi)部整個(gè)航行體的真實(shí)出筒過(guò)程。 2、通過(guò)相似理論方法對(duì)本文所研究的腔體內(nèi)部復(fù)雜流動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行理論分析，確定了四分之一縮比模型航行體出筒過(guò)程中相似準(zhǔn)數(shù)的取舍原則，得出了縮比模型的相似準(zhǔn)數(shù)，通過(guò)求解計(jì)算，獲得了縮比模型與全尺寸模型不同輸入氣源參數(shù)的比尺，得出縮比模型氣源輸入?yún)?shù)，，為縮比模型實(shí)體試驗(yàn)的展開(kāi)提供指導(dǎo)。 3、由于超大型復(fù)雜腔體不屬于對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，腔體流場(chǎng)區(qū)域極不規(guī)則，結(jié)構(gòu)尺寸突變跨度較大，利用傳統(tǒng)網(wǎng)格劃分方法難以實(shí)現(xiàn)整個(gè)腔體計(jì)算域的網(wǎng)格劃分，本文采用分塊化網(wǎng)格和混合網(wǎng)格生成方法，將腔體計(jì)算域進(jìn)行特殊處理，同時(shí)對(duì)腔體網(wǎng)格進(jìn)行疏密控制，完成復(fù)雜腔體的三維流體計(jì)算域網(wǎng)格劃分，計(jì)算結(jié)果表明，計(jì)算收斂性較好，計(jì)算精度高，保證了在長(zhǎng)時(shí)間計(jì)算過(guò)程中的可行性。 4、本文運(yùn)用流體動(dòng)力學(xué)方法建立了非定長(zhǎng)條件下粘性、可壓，三維復(fù)雜腔體超音速欠膨脹燃?xì)馍淞鞯臄?shù)學(xué)模型，運(yùn)用動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)，對(duì)航行體的出筒過(guò)程內(nèi)部流場(chǎng)流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行數(shù)值模擬，從計(jì)算結(jié)果中可以看到空間復(fù)雜的激波系形狀及航行體出筒過(guò)程中各參數(shù)的動(dòng)態(tài)發(fā)展變化趨勢(shì)。通過(guò)腔體系統(tǒng)在不同時(shí)刻的流場(chǎng)分布，復(fù)現(xiàn)出具有代表性的流場(chǎng)現(xiàn)象，并獲得了主要流動(dòng)參數(shù)隨時(shí)間變化規(guī)律。 5、對(duì)腔體內(nèi)密封圈上的開(kāi)孔幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化分析，提出了以初始開(kāi)孔方案為基礎(chǔ)向兩邊拓展的逼近式離散優(yōu)化方案，即通過(guò)對(duì)不同開(kāi)孔方案下的數(shù)據(jù)分析和流場(chǎng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律對(duì)比，得出較優(yōu)的密封圈開(kāi)孔參數(shù)。運(yùn)用不同的建模方法和網(wǎng)格劃分手段，完成了多個(gè)不同復(fù)雜腔體流體域模型的建模與網(wǎng)格劃分，大大縮短了計(jì)算周期。 6、由于考慮了優(yōu)化方案的通用性，因此本文提出的改進(jìn)方案對(duì)同心筒系列氣密裝置的設(shè)計(jì)具有普遍的參考性。
【關(guān)鍵詞】：FLUENT 相似理論 燃?xì)馍淞?/strong> 優(yōu)化 動(dòng)網(wǎng)格 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：江蘇科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：O35;TH122
【目錄】：
- 摘要6-7
- Abstract7-13
- 第1章 緒論13-21
- 1.1 論文背景及意義13-15
- 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)15-19
- 1.2.1 氣體射流實(shí)驗(yàn)研究動(dòng)態(tài)15-17
- 1.2.2 氣體射流數(shù)值研究動(dòng)態(tài)17
- 1.2.3 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)研究現(xiàn)狀17-19
- 1.3 本文的研究的主要內(nèi)容和章節(jié)安排19-21
- 1.3.1 主要內(nèi)容19-20
- 1.3.2 章節(jié)安排20-21
- 第2章 課題的研究方法及相關(guān)理論21-33
- 2.1 同心筒式氣密裝置21-22
- 2.2 有限體積法22-24
- 2.2.1 有限體積法的基本概念22-23
- 2.2.2 有限體積法使用的網(wǎng)格23-24
- 2.3 壁面函數(shù)法24-27
- 2.3.1 壁面函數(shù)法的基本概念24-25
- 2.3.2 變量計(jì)算25-27
- 2.4 燃?xì)鉀_擊射流27-28
- 2.4.1 沖擊射流的特點(diǎn)27
- 2.4.2 超音速射流的流動(dòng)結(jié)構(gòu)27-28
- 2.5 流場(chǎng)特性的 PISO 算法28-32
- 2.6 本章小結(jié)32-33
- 第3章 縮比模型氣源參數(shù)計(jì)算及腔體有限元模型的建立33-49
- 3.1 四分之一縮比模型氣體參數(shù)計(jì)算33-40
- 3.1.1 縮比模型試驗(yàn)的相似準(zhǔn)則33-37
- 3.1.2 四分之一縮比模型氣體參數(shù)的選定37-38
- 3.1.3 縮比模型試驗(yàn)池38-40
- 3.2 分塊結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格與混合網(wǎng)格40-44
- 3.2.1 GAMBIT 簡(jiǎn)介40-43
- 3.2.2 分塊結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格方法與混合網(wǎng)格方法的使用43-44
- 3.3 縮比模型與全尺寸模型有限元模型的建立44-48
- 3.3.1 流體計(jì)算模型的建立44-45
- 3.3.2 流體計(jì)算域模型網(wǎng)格的劃分45-47
- 3.3.3 定義邊界條件47-48
- 3.4 本章小結(jié)48-49
- 第4章 縮比模型與全尺寸模型數(shù)值分析與校核49-69
- 4.1 數(shù)值方法49-53
- 4.1.1 基本控制方程49-50
- 4.1.2 導(dǎo)入網(wǎng)格化模型50-51
- 4.1.3 邊界條件和初始條件51-52
- 4.1.4 確定湍流模型52
- 4.1.5 設(shè)置求解控制參數(shù)52-53
- 4.2 FLUENT 二次開(kāi)發(fā)及動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)的實(shí)現(xiàn)53-58
- 4.2.1 FLUENT 二次開(kāi)發(fā)—UDF 程序代碼的編寫(xiě)53-56
- 4.2.2 動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)的實(shí)現(xiàn)56-58
- 4.3 模擬結(jié)果與分析58-67
- 4.3.1 四分之一縮比模型流場(chǎng)分布59-62
- 4.3.2 全尺寸模型流場(chǎng)分布62-66
- 4.3.3 結(jié)果分析66-67
- 4.4 縮比模型數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)校核67-68
- 4.5 本章小結(jié)68-69
- 第5章 全尺寸模型結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化69-85
- 5.1 腔體系統(tǒng)氣密裝置上開(kāi)孔結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化方案69-70
- 5.2 不同方案下小孔質(zhì)量流量與腔內(nèi)特定點(diǎn)壓力70-82
- 5.2.1 幾何特征代號(hào)70-71
- 5.2.2 設(shè)置監(jiān)控參數(shù)71-72
- 5.2.3 原尺寸模型數(shù)值監(jiān)測(cè)72-78
- 5.2.4 不同方案下的小孔流量監(jiān)測(cè)78-82
- 5.3 優(yōu)化方案的選定82-83
- 5.4 本章小結(jié)83-85
- 總結(jié)與展望85-87
- 參考文獻(xiàn)87-90
- 攻讀碩士學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄90-91
- 致謝91
【參考文獻(xiàn)】
中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前4條
1 姚征,陳康民;CFD通用軟件綜述[J];上海理工大學(xué)學(xué)報(bào);2002年02期
2 陳拯民,王泉水;艦載導(dǎo)彈的同心發(fā)射筒式發(fā)射裝置[J];艦載武器;1998年03期
3 戚隆溪,曹勇,王柏懿;水下欠膨脹高速氣體射流的實(shí)驗(yàn)研究[J];力學(xué)學(xué)報(bào);2000年06期
4 ;APPLICATIONS OF CFD TECHNIQUE IN THE DESIGN AND FLOW ANALYSIS OF IMPLANTABLE AXIAL FLOW BLOOD PUMP[J];Journal of Hydrodynamics;2010年04期
本文編號(hào)：547170
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