FLOW-3D中国分公司/三维流动贸易(上海)有限公司

航空航天工程

零重力状态下卫星燃料供给系统的摇晃动力效果 Effects of Sloshing Dynamics on Fuel Acquisition in Satellites at Zero Gravity

航天工程师在设计轨道卫星时,会面临许多特殊的设计挑战。举例来说,一个能够在低重力(或是零重力)下正常运作的燃料供给系统,就是一个非常复杂的流体动力系统。FLOW-3D 能够精确的描述这个计算流体动力力学模型。设计人员可能利用 FLOW-3D 内建的非惯性座标系系统(non-inertial reference frame model)以及一般移动物件模型(general moving obstacle model, GMO)进行数值运算。FLOW-3D 强大的自由液面模型、表面张力模型,以及黏附模型可以完美的描述在低重力状态下,液态燃料如何在燃料箱内的运行状况。

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该篇文章发表于 "Comparison of FLOW-3D Calculations With Very Large Amplitude Slosh Data," Computational Experiments, PVP - Vol. 176, ASME, 1989).

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拉瓦尔喷管 Laval Nozzles

拉瓦尔喷管是一种收缩-扩张型喷管,当气体通过喷管时,气体的速度会加快。这种喷管被广泛的应用在火箭以及超音速喷气发动机(以及某些汽轮机)上 。
右图显示的,是当氦气以 6.9e5 N/m2 的压力通过一个以矩形收敛的喷嘴时,出口压力可以维持在 0.1N/m2。FLOW-3D 可以精确描述可压缩流体的流动。如同预期,当气体通过喷嘴约1.5毫秒后,流动就能够变得平稳。出口的速度可维持在4马赫的速度。

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空化(Cavitation)是液体中发生蒸汽/空气(再沸腾)的一种现象。空化现象会造成流体机械的结构损坏,流体污染,甚至是淤塞。对设计人员而言,会尽量避免空化现象的发生。然而,在某些状况下,控制空化发生是非常有用的(例如,空化現象可減少流体在通过管路时减少摩擦,或者是在流体混和过程中于局部区域增加压力以及温度)。

右图的比较中,FLOW-3D 的仿真结果将与实验结果相比对。该测试是以水流通过一个平板式的拉瓦尔喷管。该实验显示了当水通过拉瓦尔喷管时,压力会低于水的饱和蒸汽压,在管路缩小的区域形成孔隙,但是一旦出口压力在一定的时间后降低后,孔隙区会随之崩溃而消失。
在仿真结果中,空化压力为 20 dynes/cm2,形成空化气泡的特徵时间(characteristic time)为 0.001秒。入口与出口端的压力则分别是 150 以及 50 dynes/cm2。

该篇文章发表于 *Hunter Rouse, "Elementary Mechanics of Fluids," Dover Publications, Inc., New York (Reprinted 1978), p.84.

液态氢的加压现象 Pressurization of Liquid Hydrogen

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这是在一个含有少量液态氢的容器。该容器的上盖是一个椭球的造型,热氢气从底部以泵浦打入。刚开始时,容器内的液态氢温度为20.26K (于1大气压的饱和蒸汽条件时)。整个现象持续了 1000秒,左图显示的是在 1000 秒时容器内氢气的温度分布现象。