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火箭发动机尾流场三维流场计算

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目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1研究背景

1.2国内外本课题研究的概况、水平和发展趋势

1.2.1国外的研究现状

1.2.2国内的研究现状

1.3本文主要的研究内容

1.4预期结果和意义

1.5本章小结

第2章火箭燃气射流的物理属性

2.1燃气射流结构

2.2燃气自由射流中的自模性

2.3燃气射流湍流特性的描述

2.3.1时均法

2.3.2湍流强度

2.4超音速燃气射流的混合与传质

2.4.1多股平行射流混合

2.4.2射流混合的远场特性

2.5欠膨胀超音速燃气射流的近场激波系

2.5.1超音速射流中的激波

2.5.2火箭欠膨胀燃气射流的核心激波系结构

2.5.3影响流谱的诸因素

2.5.4流场的区分

2.6本章小结

第3章燃气射流的基本方程和数值方法

3.1物理问题及控制方程组

3.1.1控制方程

3.1.2湍流模型

3.2数值方法

3.2.1网格生成

3.2.2定解条件

3.2.3控制方程的离散差分格式

3.2.4边界条件的处理

3.3算法

3.3.1 SIMPLEST

3.3.2迭代方法及松弛因子

3.4本章小结

第4章定常条件下三喷管燃气射流的数值模拟

4.1定常条件的确定

4.2 XX-XX联合动力装置

4.3二维燃气射流流场计算

4.3.1网格划分及边界条件

4.3.2计算结果及分析

4.4三维燃气射流流场计算

4.4.1网格划分及边界条件

4.4.2数值模拟的计算结果及分析

4.4.3单喷管(巡航级喷管)燃气射流的数值模拟

4.4.4对三种情况下计算结果的讨论

4.5本章小结

第5章非定常条件下三喷管燃气射流的数值模拟

5.1引言

5.2燃烧室压力-时间曲线

5.2.1压力-时间曲线的微分方程

5.2.2燃烧室压力-时间曲线的计算

5.3计算结果及分析

5.4激波与漩涡的相互作用

5.5本章小结

结论

1.结论

2.展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致射

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摘要

火箭燃气射流具有很强的火焰光,属于高温、高速、气—固两相含有化学反应的流动,它对武器系统及人员造成危害,因而必须研究燃气射流的流动规律.射流流动是十分复杂的,尤其是多股射流的干扰现象更是如此,因为它含有更为复杂的激波系结构.一般来说,多股燃气射流的干扰流场结果具有三维空间激波形状,其结构以及激波干扰强弱程度不仅取决于喷管出口静压比,而且还与喷管的轴间距有关.因此,对于这种含有复杂激波系结构的干扰流场的数值模拟,必须采用高精度的数值格式,使之对激波的分辨率较高,伪振荡小.本文通过利用二阶精度的TVD有限容积法Van Leer格式来模拟多喷管燃气射流流场的激波系特征,所做工作主要有以下几个方面:1.作者用贴体坐标将不规则的物理域网格转换成规则的计算网格,使生成的贴体网格能够满足网格边界与任意形状的流场边界重合的要求,解决了在处理边界是曲线或曲面问题时,在边界处所带来的较大的计算误差.本文主要应用代数方法生成贴体网格,并进行了网格局部加密,解决了计算软件PHOENICS在网格生成方面存在局限性的问题,计算结果显示出了贴体网格对在复杂物理区域中进行数值计算时的灵活性.2.本文建立了定常条件时粘性、可压,二维和三维情况下超音速欠膨胀燃气射流的数学模型,并对其流动状态进行了数值模拟,从计算结果中可以看到空间复杂的激波系形状及沿轴向的发展变化趋势.论文中给出了关键部位的等值线图,重点复现出具有代表性的流场现象,同时还比较了三喷管、双喷管、单喷管时的流场结构并进行了理论分析,揭示了空间激波产生的原因和流动规律及其影响因素.3.针对多喷管导弹点火分离时的实际情况,本文对非定常情况下多喷管燃气射流流场进行了计算,建立了瞬态条件下的控制方程、差分格式,及确定相应的初边值条件.本文捕获到复杂的运动激波系统,通过给出不同时刻下流场中参数的变化图线,展示出了空间激波发生、发展的全过程.并对计算流场中激波与漩涡相互作用的过程也进行了一定的理论分析.

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