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超声速喷管设计及其数值模拟和实验研究

作　者: 邹宁
导　师: 张召明
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 流体力学
关键词: 超声速喷管风洞特征线理论数值模拟阴影法 PIV 气流粉碎技术
分类号: V211.754
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 123次
引　用: 2次
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内容摘要

超声速喷管的作用是将亚声速气流转变为超声速气流。它不仅仅是火箭发动机和航空发动机的必要构件,也是超声速风洞的重要部件。在人造卫星上,超声速喷管也被用来改变卫星的飞行姿态和轨道。超声速喷管除了在航空航天领域被广泛应用外,在工业领域也经常能见到它的身影,例如在冶金、激光切割、超细粉体等行业中超声速喷管已被大量使用。本文根据超声速风洞喷管设计的一般原理以及特征线理论和边界层修正理论,提出了一种实用的三维轴对称超声速喷管的设计方法。对收缩段和扩散段分别进行了设计。通过数值仿真软件Fluent,分别模拟了单喷管自由射流,单喷管射流撞板和两喷管射流对撞的流场。设计并搭建了适合于阴影法和比较先进的PIV技术测量超声速喷管流场的实验平台。分别用阴影法和PIV技术对单喷管自由射流,单喷管射流撞板和两喷管射流对撞的流场进行了测量。并将实验结果与数值模拟结果进行了对比。此次研究实现了对微小超声速流场的测量。数值模拟和实验结果验证了超声速喷管设计方法的可行性,并为所设计的超声速喷管在气流粉碎技术中的运用提供了依据。对于超声速喷管在其它领域的应用也具有一定的参考价值。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-12
第一章绪论  12-16
  1.1 研究背景与国内外现状  12-15
    1.1.1 超声速风洞的发展与现状  12-13
    1.1.2 超细粉体技术及气流粉碎机的发展和现状  13-15
  1.2 本文的主要工作  15-16
第二章超声速喷管设计  16-28
  2.1 引言  16
  2.2 收缩段设计  16-18
  2.3 扩散段设计  18-25
    2.3.1 基本理论  18
    2.3.2 设计方法  18-25
  2.4 边界层修正  25-27
  2.5 本章小结  27-28
第三章超声速喷管数值模拟  28-50
  3.1 引言  28
  3.2 研究内容  28
  3.3 数值计算方法  28-38
    3.3.1 控制方程  28-31
    3.3.2 湍流模型的建立  31-34
    3.3.3 几何模型的建立  34-35
    3.3.4 网格生成  35-36
    3.3.5 边界条件  36-38
  3.4 计算结果及分析  38-49
    3.4.1 单喷管流场数值模拟  38-40
    3.4.2 单喷管射流撞板数值模拟  40-44
    3.4.3 两喷管射流对撞数值模拟  44-49
  3.5 本章小结  49-50
第四章超声速喷管实验  50-70
  4.1 引言  50
  4.2 超声速喷管阴影法测量  50-57
    4.2.1 实验原理  50-52
    4.2.2 实验设备  52-53
    4.2.3 实验过程  53-54
    4.2.4 实验结果与分析  54-57
  4.3 超声速喷管PIV 测量  57-69
    4.3.1 TSI 公司 PIV 系统的组成  60-61
    4.3.2 PIV 实验结果与分析  61-69
  4.4 本章小结  69-70
第五章结论与展望  70-72
  5.1 论文工作总结  70-71
  5.2 展望和后续工作  71-72
参考文献  72-75
致谢  75-76
在学期间的研究成果及发表的学术论文  76

超声速喷管设计及其数值模拟和实验研究

内容摘要

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