跨临界流动数值模拟研究

发布时间：2021-08-17 12:49

　　当流体处于超过临界状态的压强环境下,从亚临界温度环境进入超临界临界温度环境的流动过程中,所表现出异于正常物理状态的流动现象,称为跨临界流动,对应的流体热力学状态也被称为跨临界状态。跨临界流动现象常见于各工业领域,如化工萃取,传热制冷,航空航天动力系统中燃料传输和主动冷却方案等。由于处于跨临界状态下的流体能够表现出不同于常温常压环境下的流动特性与热力学性质,例如与液相相近的密度,与汽相相近的粘度等,具有潜在的工程应用价值,因此受到学者的广泛关注,但对于跨临界流动过程中的细节性研究目前尚不充分。本文对国内外航空航天领域内,超燃冲压发动机与火箭发动机燃烧室内燃料的跨临界流动等相关性研究进行了介绍和总结,对跨临界流动问题的研究方向,研究意义和应用前景做了相关阐述;以N₂为例,通过PR立方型状态方程计算了其在亚临界,跨临界状态下的相关热力学参数,得到了不同压强,温度条件下N₂的热力学性质变化曲线,总结了N₂的流动特性变化趋势和跨临界流体的普遍特性。通过公式推导证明了常规数值计算方法难以求解跨临界流动问题,并简要阐述了数值模拟中虚拟... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：57 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 引言
    1.1 工程背景与研究意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 本文研究内容
2 跨临界流体热力学参数研究
    2.1 真实气体状态方程
        2.1.1 范德瓦尔斯方程
        2.1.2 半经验形式的状态方程
    2.2 热力学方程
    2.3 跨临界N_2热力学参数变化曲线
    2.4 本章小结
3 压强振荡机理研究与求解算法
    3.1 流动控制方程及其数值计算方法
        3.1.1 流动控制方程
        3.1.2 数值离散方法
    3.2 虚拟压强振荡现象研究
    3.3 数值算法
        3.3.1 双通量模型计算方法
        3.3.2 守恒型求解算法
    3.4 算例验证与结果对比
        3.4.1 一维N_2接触面对流算例
        3.4.2 一维N_2跨临界激波管算例
    3.5 本章小结
4 高阶精度有限差分算法研究
    4.1 高阶精度算法基本思路
    4.2 高阶精度格式构造方法
        4.2.1 加权本质无振荡(WENO)算法
        4.2.2 加权紧致非线性(WCNS)算法
        4.2.3 靶向本质无振荡(TENO)算法
    4.3 一维流动问题模拟
        4.3.1 Sod激波管算例
        4.3.2 Lax激波管算例
    4.4 二维超声速流动问题模拟
        4.4.1 二维黎曼问题算例
    4.5 本章小节
5 二维跨临界流动模拟
    5.1 湍流数值模拟方法
    5.2 粘性项处理方法
    5.3 算例验证与流场结果
        5.3.1 低温N_2喷流模拟
        5.3.2 跨临界H_2/O_2喷流混合过程模拟
    5.4 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]超临界压力下湍流区碳氢燃料传热研究[J]. 张磊,乐嘉陵,张若凌,张香文,景凯,高洋.  推进技术. 2013(02)
[2]超临界压力下航空煤油流动与传热特性试验[J]. 江晨曦,仲峰泉,范学军,俞刚.  推进技术. 2010(02)
[3]超临界压力下航空煤油RP-3焓值的测量及换热研究[J]. 张春本,邓宏武,徐国强,黄文,朱锟.  航空动力学报. 2010(02)
[4]超临界RP-3管内换热特性实验[J]. 王英杰,徐国强,邓宏武,罗翔.  推进技术. 2009(06)
[5]无波动、无自由参数的耗散差分格式[J]. 张涵信.  空气动力学学报. 1988(02)

博士论文
[1]超燃冲压发动机碳氢燃料再生冷却流动传热研究与应用[D]. 赵国柱.西北工业大学 2015



本文编号：3347798