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锯齿状二元喷口的气动和红外辐射特性的数值研究

作　者: 罗昕
导　师: 张靖周
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: 二元喷管突片遮挡板强化掺混红外辐射数值模拟
分类号: V231.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

圆转矩形非轴对称结构喷管相对于轴对称参考喷管能在较低性能损失的情况下显著降低高温射流的红外辐射信号。同时,若在喷管出口处安装小突片,在高温高速条件下,能加强尾喷流与环境气流的混合,使尾喷流的速度衰竭加快,尾喷流的核心区减短。本文的研究重点之一是在圆转矩形二元喷管的出口处安装三角形小突片,对这种锯齿状出口的喷管的气动特性进行数值计算。在经过对数值模拟过程中湍流模型的计算比较之后,选择标准k ?ε湍流模型对锯齿喷管下游流场进行三维数值计算,获得了温度场、速度场等流场特性。重点分析比较了在不同出口宽高比的喷管出口处,改变突片数量和后倾角度后,流向涡结构、引射系数、总压恢复系数和喷管的推力系数等气动特性参数。研究结果表明由于突片产生的流向涡,锯齿喷管可以缩短射流核心区,并以较小的动能和压力损失代价在较短的掺混距离内提高引射系数至31.3%。通过对突片的偏转,使射流垂直冲击突片面从而能够进一步提高锯齿喷管的引射系数达到了33.68%。航空发动机高温热部件和高温排气尾焰是发动机后半球红外辐射的主要来源。针对这一现状,本文的另一个研究重点是通过在二元喷管的出口处安装下遮挡板,通过基于CFD/IR(计算流体力学/红外辐射)综合数值模拟的方法来研究遮挡板对喷管壁面和尾焰的红外辐射强度的抑制效果。研究结果表明单层遮挡板受高温尾焰的加温并不能很好地抑制喷口处的红外辐射强度。而双层遮挡板和有外界环境冷气引射进入的挡板结构有显著的红外抑制效果,红外辐射强度最大分别降低了48.5%和51%。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-12
第一章绪论  12-18
  1.1 选题背景  12-13
  1.2 国内外的研究现状  13-17
    1.2.1 二元喷管的研究现状  13-14
    1.2.2 突片结构的研究现状  14-17
  1.3 本文的研究内容  17-18
第二章数值计算方法  18-27
  2.1 控制方程  18
  2.2 湍流模型  18-21
    2.2.1 标准k-ε湍流模型  18-19
    2.2.2 重整化群k-ε湍流模型（RNG k-ε湍流模型）  19-20
    2.2.3 Realizable k- ε湍流模型  20-21
  2.3 喷口处红外辐射强度的计算方法  21-23
  2.4 湍流模型的比较  23-26
    2.4.1 算例1  24-25
    2.4.2 算例2  25-26
  2.5 本章小结  26-27
第三章装有突片结构的圆转矩形喷管的气动特性  27-58
  3.1 计算模型  27-30
    3.1.1 基准喷管模型  27-28
    3.1.2 计算网格与边界条件  28-29
    3.1.3 网格试验  29-30
  3.2 不同宽高比的二元喷管喷口处的流场分布  30-31
  3.3 锯齿喷管突片个数对气动特性的影响  31-48
    3.3.1 装有少量突片喷管的气动特性研究  31-38
    3.3.2 锯齿喷管的气动特性研究  38-48
  3.4 锯齿喷管突片后倾角度对气动特性的影响  48-54
    3.4.1 后倾角度对宽高比为6.33 的锯齿喷管气动特性的影响  49-53
    3.4.2 后倾角度对宽高比为3.33 的锯齿喷管气动特性的影响  53-54
  3.5 有偏转角的新型突片结构的喷管的气动特性  54-56
    3.5.1 计算模型  54-55
    3.5.2 计算结果与分析  55
    3.5.3 不同落压比对喷管的气动参数的影响  55-56
  3.6 本章小结  56-58
第四章装有下挡板结构的圆转矩形喷管红外辐射特性的研究  58-69
  4.1 计算模型  58-61
    4.1.1 物理模型及边界条件  58-60
    4.1.2 网格试验  60-61
  4.2 计算结果与分析  61-67
    4.2.1 喷管下游流场分布  61-62
    4.2.2 CR6 与Flip1 的红外辐射强度比较  62-64
    4.2.3 Flip1-5 与Flip2-5 喷管的红外辐射分布  64-66
    4.2.4 改变两板间距的Flip2 喷管的红外辐射分布  66-67
  4.3 本章小结  67-69
第五章总结与展望  69-72
  5.1 全文总结  69-70
  5.2 下一步研究展望  70-72
参考文献  72-76
致谢  76-77
在学期间的研究成果与发表的学术论文  77

锯齿状二元喷口的气动和红外辐射特性的数值研究

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