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冲压发动机中带扩张角隔离段内的流场数值模拟

作　者: 汤彬
导　师: 郑耀；邹建锋
学　校: 浙江大学
专　业: 航空宇航推进理论与工程
关键词: 冲压发动机隔离段扩张角数值模拟激波/边界层相互作用
分类号: V235.21
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 6次
引　用: 0次
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内容摘要

本文主要对冲压发动机隔离段流场进行数值模拟研究。基于Carroll等人隔离段实验研究模型,对带0.25°扩张角的隔离段内复杂激波系和超声速湍流边界层及其相互作用现象进行了有效的数值模拟研究,通过对比计算选择和确定了合理的湍流计算模型(S-A模型),并分别通过定常计算与非定常计算对出口反压、来流马赫数、湍流边界层厚度等流动参数的变化对隔离段内流动特征的影响进行了系统的参数化分析。研究发现,1)改变出口反压不改变激波串结构及激波串上游的流场,但会改变激波串的起始位置；2)来流马赫数的变化会影响激波串结构,包括其对称性、激波间距、激波数目和激波串长度；3)湍流边界层厚度的变化对激波串结构的起始位置和波前波后升压比有一定影响,不影响激波串的长度。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-7
插图和附表清单  7-9
目次  9-12
1 绪论  12-25
  1.1 高超声速的定义与特点  12-13
  1.2 高超声速推进系统的研究背景  13-15
  1.3 冲压发动机隔离段  15-18
    1.3.1 冲压发动机进气道  15-16
    1.3.2 冲压发动机隔离段  16-18
  1.4 冲压发动机隔离段研究动态  18-23
    1.4.1 国内外冲压发动机研究概况  18-19
    1.4.2 国内外冲压发动机进气道研究概况  19-21
    1.4.3 国内外冲压发动机隔离段研究概况  21-23
  1.5 本文的主要研究内容  23-25
2 数值计算方法与算例验证  25-38
  2.1 引言  25-26
  2.2 数学模型  26-31
    2.2.1 流动控制方程  26-27
    2.2.2 湍流的数值模拟与湍流模型  27-29
    2.2.3 近壁面处理方法  29
    2.2.4 流场初始条件与边界条件  29-30
    2.2.5 流体物理特性  30-31
  2.3 数值计算格式与求解方法  31
  2.4 几何建模与网格生成  31-32
  2.5 验证计算  32-36
  2.6 网格独立性考察  36-37
  2.7 本章小结  37-38
3 冲压发动机隔离段流场分析  38-44
  3.1 引言  38
  3.2 管道内的激波与边界层相互作用现象  38-40
  3.3 超声速内流中的激波串与伪激波  40-42
  3.4 激波串结构的形成过程分析  42-43
  3.5 本章小结  43-44
4 带扩张角的矩形截面隔离段  44-49
  4.1 引言  44
  4.2 带扩张角隔离段物理模型  44-45
  4.3 带扩张角隔离段计算网格  45-46
  4.4 隔离段边界条件设定  46-48
    4.4.1 隔离段实验工况  46-47
    4.4.2 隔离段计算条件设定  47-48
  4.5 本章小结  48-49
5 带扩张角隔离段的出口反压特性  49-61
  5.1 引言  49
  5.2 隔离段出口反压稳态变化特性  49-55
    5.2.1 计算条件  49
    5.2.2 计算结果与讨论  49-55
  5.3 隔离段出口反压动态变化特性  55-59
    5.3.1 计算条件  55
    5.3.2 计算结果与讨论  55-59
  5.4 本章小结  59-61
6 带扩张角隔离段的来流马赫数特性  61-73
  6.1 引言  61
  6.2 隔离段来流马赫数稳态变化特性  61-66
    6.2.1 计算条件  61
    6.2.2 计算结果与讨论  61-66
  6.3 隔离段来流马赫数动态变化特性  66-72
    6.3.1 计算条件  66-67
    6.3.2 计算结果与讨论  67-72
  6.4 本章小结  72-73
7 带扩张角隔离段的湍流边界层厚度特性  73-83
  7.1 引言  73
  7.2 隔离段湍流边界层厚度稳态变化特性  73-77
    7.2.1 计算条件  73
    7.2.2 计算结果与讨论  73-77
  7.3 隔离段湍流边界层厚度动态变化特性  77-81
    7.3.1 计算条件  77-78
    7.3.2 计算结果与讨论  78-81
  7.4 本章小结  81-83
8 总结与展望  83-86
  8.1 结论  83-84
  8.2 未来研究展望  84-86
参考文献  86-93
作者简历  93

冲压发动机中带扩张角隔离段内的流场数值模拟

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