冲压发动机旋流流场特性研究

发布时间：2017-09-19 03:38

  本文关键词：冲压发动机旋流流场特性研究

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【摘要】：固体燃料冲压发动机结构简单、使用安全、比冲大,能够运用于航空、导弹等多个领域。但其燃烧难以组织、效率不高,燃速低等特点制约了其在性能上的提高。本文采用数值仿真和实验验证的方法对旋流冷流场特性进行研究,分析旋流对冲压发动机内流动的作用,探讨旋流对燃烧及发动机总体性能的影响。首先,对原有旋流器设计进行改进,结合发动机及点火器结构,确定设计尺寸。选用NACA翼型作为叶片式旋流器结构设计参照,以减少总压损失提高旋转。根据仿真结果和公式计算,确定叶片安装攻角、弯度、叶片数。为满足实验要求,将原尺寸缩小并确定了叶片的定位和加工方式。接着,对包含旋流器的发动机内流场进行仿真,利用Fluent软件中的RNG k-ε模型,分析了四种安装攻角下三种弯度对旋流数的综合影响,得到了共十二个工况下旋流器的冷流场结构、旋流数、速度场。分析了进气道的压力、温度、速度分布,旋流数的影响因素,径向、周向、轴向的速度分布及旋流数的衰减。随后,借助粒子图像测速技术(PIV)测量了六种工况下有旋和无旋的流场。使用MgO作为示踪粒子,以单帧拍摄为主,得到了燃烧室流场图。采用dynamic studio软件中的自适应互相关算法处理所测量的图像,过滤非线性值并对流场进行平均统计,得到了轴向速度分布图。最后,计算得到了NACA叶片式旋流器的实验旋流数。将有旋无旋的速度场进行对比,对不同入口条件的旋流场进行分析,研究了旋流对冲压发动机性能的所能产生的影响。研究结果表明NACA式叶片旋流器能满足设计要求。
【关键词】：旋流器 NACA翼型 PIV
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V231;TJ760.3
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 1 绪论7-18
• 1.1 研究背景与意义7-13
• 1.1.1 固体燃料冲压发动机研究进展8-10
• 1.1.2 旋流研究进展10-13
• 1.2 旋流研究现状13-16
• 1.2.1 旋流增强燃烧研究13-14
• 1.2.2 旋流湍流模型研究进展14-16
• 1.3 本文主要研究内容16-18
• 2 NACA叶片式旋流器结构设计研究18-27
• 2.1 旋流器叶片结构设计18-22
• 2.1.1 航空翼型概述18-19
• 2.1.2 NACA翼型结构19
• 2.1.3 NACA翼型仿真研究19-22
• 2.2 NACA叶片式旋流器整体设计22-26
• 2.2.1 NACA叶片式旋流器结构设计22-25
• 2.2.2 NACA叶片式旋流器加工及材料选择25-26
• 2.3 本章小结26-27
• 3 NACA叶片式旋流器旋流特性仿真研究27-45
• 3.1 NACA叶片式旋流器旋流冷流场数值仿真模型27-31
• 3.1.1 基本假设27
• 3.1.2 控制方程27-29
• 3.1.3 湍流模型29-31
• 3.2 NACA叶片式旋流器旋流冷流场数值边界条件31-33
• 3.2.1 边界条件及网格划分31-32
• 3.2.2 初值场的给定及求解方法32-33
• 3.3 NACA叶片式旋流器旋流流场结构分析33-44
• 3.3.1 限流喉道分析33-36
• 3.3.2 旋流数分析36-38
• 3.3.3 速度场分析38-42
• 3.3.4 总压损失分析42-43
• 3.3.5 旋流衰减研究43-44
• 3.4 本章小结44-45
• 4 NACA叶片式旋流器冷流场实验研究45-63
• 4.1 实验系统45-49
• 4.1.1 NACA式叶片式旋流器模型45-46
• 4.1.2 实验台介绍46-47
• 4.1.3 PIV系统47-49
• 4.2 NACA叶片式旋流器冷流场实验49-53
• 4.2.1 实验方案与工况49
• 4.2.2 PIV实验参数49-50
• 4.2.3 PIV图像后处理50-53
• 4.3 实验结果与分析53-61
• 4.4 本章小结61-63
• 5 结论与展望63-65
• 5.1 结论63-64
• 5.2 研究展望64-65
• 致谢65-66
• 参考文献66-70
• 附录70

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

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中国硕士学位论文全文数据库 前2条

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2 马洋;固体燃料冲压发动机涡流增强燃烧数值模拟与试验研究[D];国防科学技术大学;2006年

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本文编号：879281