超声速燃烧流动及旋涡运动的数值模拟
  • 【摘要】

    随着再入飞行器飞行MACH数的不断提高,超燃冲压发动机(SCRAMJET EN-GINE)将成为最佳的动力装置,其中涉及的重要现象之一就是超声速燃烧,因此用数值方法对超声速燃烧流动进行研究,不仅对超燃冲压发动机的工程应用起促进作用,而且能揭示更多、更细致的有关超声速燃烧的流动机理.此外,在超声速流动中,往往存在着旋涡运动,研究它的发展、变化以至破裂的规律有着重要的实用和理论价值.为了保证数值方法对... 展开>>随着再入飞行器飞行MACH数的不断提高,超燃冲压发动机(SCRAMJET EN-GINE)将成为最佳的动力装置,其中涉及的重要现象之一就是超声速燃烧,因此用数值方法对超声速燃烧流动进行研究,不仅对超燃冲压发动机的工程应用起促进作用,而且能揭示更多、更细致的有关超声速燃烧的流动机理.此外,在超声速流动中,往往存在着旋涡运动,研究它的发展、变化以至破裂的规律有着重要的实用和理论价值.为了保证数值方法对这些复杂现象模拟的精确性和有效性,本文对数值方法也进行了较为详细的研究,发展了三阶ENN格式及相应的"混合通量分裂法". 在引言中,对求解复杂流场的数值方法的发展作了简单的回顾,分析了超声速燃烧流动数值求解中的困难及相应的解决办法,同时对旋涡运动规律研究的现状作了介绍,然后介绍了本文的工作. 第二章介绍了本文所发展的三阶ENN格式及相应的数值方法.首先通过对网格雷诺数的分析,论证了在求解含分离及较大参数梯度的流动时,采用高阶格式的必要性,然后从熵增原理出发,提出了建立三阶ENN格式的准则,同时发展并建立了一种快速、有效的简单隐式算法"混合通量分裂法",通过对一维模型问题及BURGERS方程的数值试验,检验了三阶格式的计算精度. 第三章对球头激波点火及冲压加速器燃烧流场进行了计算,验证了上述三阶ENN格式及相应的"混合通量分裂法"在超声速非平衡燃烧流计算中的精度及可靠性,表明该方法能基本上无波动地捕捉激波、爆震波,并且对粘性分离等复杂现象有较好的分辨率,同时也揭示了冲压加速器加速的流动机理. 第四章利用上述数值方法研究了预旋燃料方式,发现预旋燃料是一种比较有效的超声速混合和燃烧的强化技术,同时详细分析了超声速反应混合层流动,探讨了该流动中K-H不稳定性存在的条件. 第五章计算了含横向喷流的二维燃烧室和一种简化一体化超燃冲压发动机流场,发现在燃烧室中喷口位置及喷射条件对流场的结构影响不大,但对燃烧效率却有较大的影响;而在发动机内部,不适当的喷射条件,有可能引起发动机的"热壅塞",使发动机无法启动. 第六章数值研究了超声速旋涡在扩张管道中的流动及超声速旋涡与横向激波的相互作用,详细分析了旋涡沿涡轴的运动规律,发现超声速旋涡与亚声速旋涡沿涡轴运动有截然不同的规律,其中在高雷诺数流动中,参数λ=(M〓-1)(〓)是一个重要参数,随着λ的变号,将在横向流线截面上出现HOPF分岔;另外,通过对横、纵两个方向截面流态的分析,指出超声速旋涡要在逆压区破裂,必须有激波使其变为亚声速,而且在破裂前必定出现稳定的极限环,同时进一步指出,对于泡状破裂,在纵向截面流线图上,其破裂点是驻点,且其后缘一般不封闭.文中的数值结果同相应的拓扑分析是一致的. 第七章是本文的结束语. 收起<<

  • 【作者】

    陈坚强 

  • 【学科专业】

    空气动力学

  • 【授予学位】

    博士

  • 【授予单位】

    中国气动力研究与发展中心

  • 【导师姓名】

    张涵信

  • 【学位年度】

    1995

  • 【语种】

    chi

  • 【关键词】

    旋涡运动%数值模拟