《蒸汽噴射器內激波與非平衡相變耦合作用機制研究》是依託大連理工大學,由楊勇擔任醒目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：蒸汽噴射器內激波與非平衡相變耦合作用機制研究
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：楊勇
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本課題以蒸汽噴射器內凝結激波、氣動激波和水蒸氣非平衡相變為研究對象，以水蒸氣非平衡相變發生時潛熱的吸/放產生的能量傳遞效應對激波特徵的影響為切入點，以流場可視化技術為實驗佐證，以對比觀測法為技術手段，採用實驗觀測與數值模擬相結合的方式對噴射器內激波與非平衡相變的耦合作用機制進行研究。採用高速攝像與紋影法相結合的流場顯示技術觀測流場中激波繫結構和激波鋒面的瞬態特徵，以高速攝像與PIV相結合的方式獲取射流邊界層的邊界特徵和轉捩特性，以雙流體模型求解噴射器流場中非平衡相變與激波的耦合作用，捕獲噴射流場中射流邊界層、階躍狀激波系的局/細部特徵，解構激波與非平衡相變相互作用的熱/動力學機理，認識激波耗散效應中的能量傳遞規律。在噴射器工作噴嘴內添加調節錐，開展環形噴嘴內的非平衡相變及激波特徵研究，獲得調節錐的加入對噴射器流場結構和噴射器性能的影響規律，為噴射器性能分析與結構最佳化提供理論支持。
結題摘要
以超音速噴射過程中非平衡相變與激波效應及其對噴射器性能影響為核心，解構了非平衡相變與激波的耦合作用機制，以潛熱吸/放產生的能量傳遞效應為切入點，闡明了凝結激波的分區特性、邊界效應和尺度效應，探索了非平衡相變、激波效應、卷吸、湍流、分離渦等特殊流動現象發生、發展的熱物理過程及其誘發的非平衡能量傳遞效應對固定、可調式噴射器性能的影響。在對蒸汽噴射過程非平衡兩相流及激波效應研究的基礎上，採用水蒸汽真實物性模型，以經典成核理論模型（CNT）為基準，耦合了液滴生長模型、構建了蒸汽噴射過程非平衡相變模型，採用Roe-FDS數值格式、K-w-SST湍流模型、大渦模擬等方式捕獲了蒸汽噴射器內非平衡相變與激波產生、發展的規律特徵，得到了蒸汽噴射器內非平衡相變、激波效應、卷吸混合與湍流流動作用下的兩相流動特徵，以射流邊界層形態、射流混合長度、射流速度為特徵參量，解構了噴射器內射流邊界層的邊界特徵和瞬態特徵。進一步研究了非平衡相變及激波效應對變結構可調式噴射器性能的影響機理與規律。 採用CFD數值模擬與氣體動力學函式相結合的方法開展了噴射器設計、最佳化及特性的理論與套用研究。耦合空氣、水蒸氣真實物性模型，基於集總參數思想，構建了基於壓縮比、膨脹比、射流混合長度、噴射係數、極限工作狀態點為評價體系的固定、可調式噴射器設計及最佳化理論。在此基礎上，基於飽和參數區、過熱參數區、臨界工況區、高真空領域噴射器設計與最佳化的可靠性和魯棒性分析。探索了噴射器“正反問題”耦合計算方法和PC雙邊界模式對索科洛夫經典分區設計理論的修正，在海水淡化所處工況下，嘗試了小壓縮比（Pc/Ps.≤2.5）與大壓縮比（Pc/Ps.＞2.5）統一算法模型遞歸和基於三種極限工作狀態的模型修正，探索了噴射器內壅塞現象與出口背壓的相干規律。基於射流混合長理論，開展了非平衡相變與激波效應耦合作用機制的非平衡能量傳遞效應對蒸汽噴射器耦合規律研究，探索了其與傳統氣體動力學理論和熱力學理論的集成分析方法，為國家科技支撐計畫“海洋平台核能海水淡化技術及示範套用研究”提供了技術支持。為神華寧煤國產十萬空分裝置配套用汽輪機新型卸載調節汽閥設計開發中的“等面積-等流量法”的校核提供了學術啟迪，為今後大型工業汽輪機的蒸汽調節閥的設計提供了一定思路。
