燃气流场算法程序实现及初步对比分析

发布时间：2022-02-20 12:21

　　本文主要对有限体积法Roe格式、AUSM+格式与迎风型NND格式进行了研究,编写了包含三种计算格式的燃气流场C语言计算程序,并通过实际算例对比分析了三种计算格式的特性。根据有限体积法求解方式的需要,选择生成分块结构网格,按照计算域分块、格点网格生成、格心网格生成、网格拼接的顺序编写了网格生成程序,完成了流场计算前处理工作。在求解器程序编写过程中,根据计算条件与需求选择合理的解算方法,并采用模块化的编程思路,将各类解算方法作为程序的不同模块。空间离散格式选择Roe格式、AUSM+格式与迎风型NND格式三种格式,同时采用二阶MUSCL重构提高格式空间精度,黏性通量处理采用中心差分格式,时间离散格式采用三阶显式Runge-Kutta法,边界条件处理主要通过虚网格统一处理,湍流模型则选择标准k-ε模型。采用编写完成的流场计算程序对实际流场算例进行数值模拟。通过计算前台阶激波反射流场算例并与文献结果对比,完成了计算程序的校验。之后完成了喷管内流场算例、自由喷流流场算例与燃气喷流冲击斜板流场算例的数值模拟,比较分析了三种算法的差异。三种计算格式都能够正确模拟燃气流场的流动特性,具有较强的激波捕捉能... 

【文章来源】：中国运载火箭技术研究院北京市

【文章页数】：67 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题研究背景与意义
    1.2 发射燃气动力学数值预示研究进展
    1.3 发射燃气动力学数值算法研究进展
    1.4 论文主要研究内容
2 算法基础理论
    2.1 控制方程及离散形式
        2.1.1 笛卡尔坐标系下积分形式守恒型N-S方程
        2.1.2 有限体积法N-S方程的离散形式
    2.2 Roe格式
    2.3 AUSM+格式
    2.4 NND格式
    2.5 三种计算格式对比
    2.6 本章小结
3 算法程序实现
    3.1 网格生成模块
        3.1.1 网格生成方法概述
        3.1.2 分块结构网格生成方法
    3.2 空间离散模块
        3.2.1 二阶MUSCL重构
        3.2.2 空间格式解算
        3.2.3 黏性通量解算
    3.3 时间推进模块
        3.3.1 显式Runge-Kutta法
        3.3.2 当地时间步长
    3.4 边界条件处理模块
        3.4.1 虚网格技术
        3.4.2 远场边界条件
        3.4.3 壁面边界条件
        3.4.4 其他边界条件
    3.5 湍流模型模块
        3.5.1 雷诺时均方程
        3.5.2 标准k?ε模型
    3.6 算法程序结构
        3.6.1 结构体设计
        3.6.2 程序模块化设计
    3.7 本章小结
4 算例分析
    4.1 前台阶激波反射流场模拟
        4.1.1 计算模型
        4.1.2 计算结果分析
        4.1.3 计算结果验证
    4.2 喷管内流场模拟
        4.2.1 计算模型
        4.2.2 喷管对称面计算结果对比
        4.2.3 沿喷管径向计算结果对比
        4.2.4 计算结果验证
    4.3 喷管自由喷流流场模拟
        4.3.1 计算模型
        4.3.2 对称面计算结果对比
        4.3.3 沿喷管轴向计算结果对比
    4.4 燃气喷流冲击斜板流场模拟
        4.4.1 计算模型
        4.4.2 对称面计算结果对比
        4.4.3 计算结果的验证
    4.5 本章小结
结论
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]固体发动机燃气射流对发射平台冲击效应研究[J]. 马艳丽,姜毅,郝继光,赵刚练.  固体火箭技术. 2010(04)
[2]固体火箭发动机尾部燃气流对周围环境影响的CFD分析及研究[J]. 兰海,李顶根,牛巍,曹晶.  固体力学学报. 2008(S1)
[3]同心筒发射装置导弹燃气流热效应数值模拟[J]. 蔺翠郎,毕世华.  弹箭与制导学报. 2008(03)
[4]双面导流器排导规律研究[J]. 陈劲松,林禹.  导弹与航天运载技术. 2006(02)
[5]采用NND方法计算三维喷管气流场[J]. 程用胜,刘桦,薛雷平.  力学季刊. 2005(04)
[6]固体火箭燃气射流近场形成与发展的数值模拟[J]. 李军,曹从咏,徐强.  推进技术. 2003(05)
[7]粘性流场三维NS方程有限体积法数值解[J]. 谢中强,欧阳水吾.  空气动力学学报. 1996(04)
[8]NND格式在非结构网格中的推广[J]. 张来平,张涵信.  力学学报. 1996(02)
[9]TVD有限体积法在喷流计算中的应用[J]. 杨勇,张福祥,曹丛咏,李军.  南京理工大学学报. 1995(06)
[10]NND格式的推广及在粘流计算中的应用[J]. 邓小刚,张涵信.  空气动力学学报. 1994(02)

硕士论文
[1]垂直发射装置内流场数值模拟[D]. 许羚.哈尔滨工程大学 2007



本文编号：3635034