脉冲爆震发动机进气道内流场和爆震燃烧的数值研究

发布时间：2017-04-25 08:08

  本文关键词：脉冲爆震发动机进气道内流场和爆震燃烧的数值研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：作为一种新概念推进系统,脉冲爆震发动机在理论上具有很多常规发动机无法比拟的优越性。最近几十年来,在世界各国掀起了脉冲爆震发动机研究的热潮。有关脉冲爆震发动机的原理和应用研究在世界各国进行得如火如荼。本文采用数值计算的手段,基于计算流体力学开放源代码DUNS,对脉冲爆震发动机某进气道的内流场和爆震燃烧进行了研究。 本文首先介绍了计算流体力学开放源代码DUNS和脉冲爆震发动机进气道与爆震燃烧研究的现状(第一章)。接下来详细阐述了DUNS的内置的算法(第二章),解决了DUNS在不同操作系统平台(Windows和Linux)下实际应用过程中存在的一系列问题并扩展了DUNS的一些辅助功能(附录Ⅱ)。 在此基础上,本文利用DUNS进行了如下两方面与脉冲爆震发动机相关的流场的数值模拟。 首先利用DUNS对脉冲爆震发动机的某一轴对称超音速进气道的内流场进行了较为详细的数值模拟,分析了进气道出口处的不同幅度和频率的扰动压力等不同出口条件对进气道内结尾正激波运动情况的影响(第三章)。 接下来,采用并行计算和详细化学反应机理对氩气稀释的化学恰当比混合的H2/O2混合物(氩气体积分数为70%)在初始温度和压力分别为298K和6670Pa条件下的爆震燃烧流场进行了非常详细的数值模拟;获得了爆震燃烧流场独特和规则的流场结构;并对爆震燃烧流场中的三波点结构的形成、特点和相互作用以及稳定自持的爆震燃烧的建立过程进行了详细和深入的分析;得出了与他人的计算和实验结果非常吻合的结论(第四章)。 最后本文对研究工作进行了总结,提出了研究工作中存在的局限性和展望(第五章)。
【关键词】：矢通量分裂 N-S方程 算子分裂法 交替方向迭代 对角化 结尾正激波 扰动压力 爆震燃烧 三波点 胞格
【学位授予单位】：西北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：V439
【目录】：

• 目录2-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-13
• 1.1 DUNS的简单介绍10-11
• 1.2 脉冲爆震发动机进气道和爆震燃烧的研究现状11-12
• 1.3 本文研究工作的主要内容12
• 1.4 毕业论文更名说明12-13
• 第二章 数值计算方法13-34
• 2.1 笛卡尔坐标系下的二维N-S方程组13-16
• 2.2 广义坐标系下的二维N-S方程组16-20
• 2.3 预处理法和双时间步法20-21
• 2.4 算子分裂法21-23
• 2.4.1 相容分裂法(consistent splitting)21-22
• 2.4.2 Strang-splitting方法22-23
• 2.5 控制方程组的空间离散23-26
• 2.6 控制方程组的时间离散、近似因子分解、对角化和求解步骤26-31
• 2.6.1 Crank-Nicholson半隐离散26-27
• 2.6.2 近似因子分解27-28
• 2.6.3 对角化28-29
• 2.6.4 求解步骤29-30
• 2.6.5 对粘性的考虑30-31
• 2.6.6 对非化学反应源项的考虑31
• 2.7 边界条件的处理31
• 2.8 并行计算31-34
• 第三章 脉冲爆震发动机超音速进气道内流场的数值研究34-43
• 3.1 引言34
• 3.2 计算方法34-35
• 3.2.1 网格的生成34-35
• 3.2.2 控制方程和湍流模型35
• 3.2.3 边界条件的处理35
• 3.2.4 流场的初始化35
• 3.3 计算结果与分析35-41
• 3.3.1 算例验证35-37
• 3.3.2 不同频率和振幅的正弦扰动压力对进气道内结尾正激波运动的影响37-40
• 3.3.3 某实测爆震波压力扰动对进气道内结尾正激波运动的影响40
• 3.3.4 进气道出口进行堵塞时进气道内结尾正激波的运动情况40-41
• 3.4 结论41-43
• 第四章 爆震燃烧数值模拟43-85
• 4.1 引言43-44
• 4.2 零维计算与分析44-48
• 4.3 一维计算48-55
• 4.3.1 计算区域和网格48
• 4.3.2 初始条件和边界条件48
• 4.3.3 计算结果与分析48-55
• 4.3.3.1 网格步长对计算结果的影响48-51
• 4.3.3.2 爆震燃烧波的纵向结构(ZND结构)51-52
• 4.3.3.3 一维爆震燃烧波在爆震管内的传播情况52-55
• 4.4 二维计算55-83
• 4.4.1 计算网格55-56
• 4.4.2 控制方程56
• 4.4.3 边界条件56-57
• 4.4.4 流场的初始化57
• 4.4.5 计算结果与分析57-83
• 4.4.5.1 网格步长对计算结果的影响57-60
• 4.4.5.2 爆震燃烧波速度的确定60-61
• 4.4.5.3 三波点的结构61-64
• 4.4.5.4 三波点的碰撞过程和涡量的产生64-72
• 4.4.5.5 爆震燃烧胞格72-74
• 4.4.5.6 计算域宽度对胞格尺寸的影响74-75
• 4.4.5.7 稳定自持爆震燃烧波的形成过程75-83
• 4.4.5.8 三波点的合并83
• 4.5 小结83-85
• 第五章 全文总结85-87
• 6.1 主要研究结论85
• 6.2 本文的创新与特色85-86
• 6.3 研究工作的展望86-87
• 参考文献87-90
• 附录Ⅰ 相关公式/表达式推导90-94
• 附录Ⅱ DUNS存在的一些问题和处理方法94-101
• 附录Ⅲ DUNS源代码相关101-113
• A3.1 DUNS的主要子函数清单101-103
• A3.2 DUNS的主要全局变量清单103-104
• A3.3 parameters文件内各项常量的物理意义及其设置104-107
• A3.4 solution block的物理意义和组装107-109
• A3.5 网格拓扑文件的书写规则和范例109-113
• 附录Ⅳ H2/02/AR混合物详细化学反应机理113-115
• 在学期间发表的论文115-116
• 致谢116-117

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