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含离散颗粒热喷流颗粒分布特征数值研究及验证

作　者: 张彦军
导　师: 常海萍
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 航空宇航推进理论与工程
关键词: 数值计算 红外抑制 气固两相流 离散颗粒 热喷流
分类号: V231
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 35次
引　用: 1次
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内容摘要


气溶胶红外隐身技术是针对飞机发动机喷口的热部件及发动机排出的高温燃气在3~5μm及8~14μm波段的红外辐射而研究的一种有效的隐身方法,在相同的材料特性条件下,气溶胶粒子的分布特征成为影响气溶胶红外辐射抑制效果的主要因素。本文基于气固两相流理论,借助商业CFD计算软件FLUENT,对含离散颗粒的热喷流进行数值计算。首先对含离散颗粒热喷流计算模型进行研究,分析不同计算模型对计算结果的影响,其中,湍流模型对气相的速度场的计算结果影响较大,而对温度场和组分浓度场的计算结果影响不大。经比较发现Realizable k-ε湍流模型更适合于本文的研究对象。在计算中,计算域长度需要取到L/D≈26。然后运用实验的方法对所选计算模型的合理性进行验证。设计了一套含离散颗粒喷流试验系统,包括供气系统、下粉装置、喷嘴及PIV测量系统。实验中采用PIV测量技术对含离散颗粒喷流的速度场和颗粒浓度场进行测量,结果与数值模拟结果基本一致。在实验验证了计算模型的合理性的基础上,着重分析了不同离散颗粒喷射量、喷射角度、喷射速度及外围气流速度对离散颗粒在流场中的分布特征的影响规律:当外界气流M =0时,增加颗粒喷射量能有效提高气溶胶颗粒在空间各点的浓度,但对颗粒在空间的分布影响较小;增加颗粒喷射速度对离散颗粒浓度分布影响较小;喷射角度为0度时空间各点浓度分布比较均匀;随外界气流速度提高,颗粒与气流开始发生掺混的位置逐渐后移,外界气流速度越大,颗粒浓度场的扩散角越小,且空间各点颗粒浓度越小。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-12
第一章 绪论  12-20
  1.1 研究背景  12-13
  1.2 气溶胶红外隐身研究现状  13-14
  1.3 气固两相流研究现状  14-18
    1.3.1 气固两相流实验研究现状  14-16
    1.3.2 气固两相流数值模拟研究进展  16-18
  1.4 本文的主要工作  18-20
第二章 含离散颗粒热喷流数学模型的研究  20-42
  2.1 物理模型及网格划分  20-22
    2.1.1 物理模型  20
    2.1.2 网格的划分  20-22
  2.2 计算模型  22-27
    2.2.1 湍流模型的选择  22-23
    2.2.2 辐射模型的选择  23-24
    2.2.3 组分模型的选择  24
    2.2.4 离散颗粒模型的选择  24-27
  2.3 边界条件及数值计算方法  27-30
    2.3.1 气相边界条件  28
    2.3.2 颗粒相边界条件  28-29
    2.3.3 数值求解方法  29-30
  2.4 计算结果分析  30-40
    2.4.1 网格划分方式的影响规律  30-34
    2.4.2 湍流模型对计算结果的影响规律  34-38
    2.4.3 离散相模型对计算结果的影响规律  38-40
  2.5 本章小结  40-42
第三章 含离散颗粒喷流计算模型的实验验证  42-56
  3.1 含离散颗粒喷流流场特性试验系统介绍  42-52
    3.1.1 含离散颗粒喷流生成系统  43-47
    3.1.2 PIV 测量系统  47-48
    3.1.3 实验方法及测量原理  48-52
  3.2 计算模型的实验验证分析  52-55
    3.2.1 含离散颗粒喷流扩张角的实验验证  52
    3.2.2 含离散颗粒喷流速度场分布的实验验证  52-54
    3.2.3 颗粒浓度场计算结果的实验验证  54-55
  3.3 本章小结  55-56
第四章 含离散颗粒热喷流颗粒分布特征的数值研究  56-67
  4.1 物理模型  56
  4.2 计算模型  56-59
    4.2.1 计算网格  56-57
    4.2.2 边界条件  57-58
    4.2.3 数学模型及工况  58-59
  4.3 计算结果分析  59-66
    4.3.1 喷射质量对离散颗粒分布特征影响规律  59-61
    4.3.2 喷射速度对离散颗粒分布特征影响规律  61-62
    4.3.3 喷射角度对离散颗粒分布特征影响规律  62-64
    4.3.4 外界气流速度对离散颗粒分布特征影响规律  64-66
  4.4 本章小结  66-67
第五章 结论  67-68
参考文献  68-71
致谢  71-72
在学期间的研究成果及发表的学术论文  72

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中图分类: > 航空、航天 > 航空 > 航空发动机（推进系统） > 发动机原理
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