超声速引射器系统的数值模拟研究及优化设计

发布时间：2017-09-25 22:37

  本文关键词：超声速引射器系统的数值模拟研究及优化设计

  更多相关文章： 引射器系统 激波 可压缩流 超音速流 混流导叶 V形喷嘴

【摘要】：超音速引射器系统，又称为超音速喷射-扩散器系统。它的应用一直十分广泛，这主要得益于它有很多其他流体设备不可比拟的优点，例如构造简单、设备制造费用低廉、较低的能源耗费等。但由于其内部有多相流、混流、湍流、压缩流等复杂流动，而且其工作状态不稳定，所以引射器内部流场的分析和最佳的工作条件非常难以确定。本文的目的便是基于原有的超音速引射器系统，对其内部结构及主要部件进行修改和优化，藉此提高或改善引射器的工作性能。首先，在超音速引射器的从动流入口处设置了几个混流导叶，，主要目的是通过改变引射器内部流场来引入更多的引射流体。然后，基于原有收敛形喷嘴的实验结果，重新设计了新型的V形喷嘴，可以通过增加流体间的剪应力并引入更多涡流来提高引流流量。与此同时，借助了流体模拟软件使用计算流体动力学（Computational FluidDynamics, CFD）技术对引射器内部的超音速可压流和复杂的激波系统进行了模拟。通过比较原有引射器性能和优化后引射器的性能，来得到超音速引射器优化设计的最佳方案。本论文中使用的超音速引射器系统的模型是与之前的实验装置完全一致的，因此对比分析了数值计算的准确性与可行性。数值模拟计算过程中使用了有限体积离散法和基于密度的耦合求解器。湍流模型采用了适合可压流动的标准k-ω湍流模型和SST k-ω湍流模型。在进行数值模拟时，空间上主要采用了二阶迎风模式对动量方程、连续性方程以及能量方程进行耦合求解，这种耦合求解方法有利于分析引射器超声速复杂的流场结构；时间上主要采用了隐式方程对数值模型进行迭代计算。主要数值分析结果表明，混流导叶和V形喷嘴都对引射器的流场结构和激波系统产生了影响,并且可以有效提高超音速引射器系统的性能。此外基于两者对引射器性能的影响，优化分析了混流导叶和V形喷嘴的最佳模型。首先是对混流导叶的众多结构参数进行了优化设计，得到了最佳的安装位置、叶片长度和叶片数。同时对V形喷嘴的波瓣数进行了优化设计，得到了工作性能最佳的波瓣数。
【关键词】：引射器系统 激波 可压缩流 超音速流 混流导叶 V形喷嘴
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：P747;TH122
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 图目录8-10
• 表目录10-11
• 主要符号表11-14
• 第一章 绪论14-23
• 1.1 课题研究的背景及意义14-18
• 1.2 引射器的相关研究和发展现状18-22
• 1.2.1 理论分析18-19
• 1.2.2 实验研究19-20
• 1.2.3 数值模拟20-22
• 1.3 本课题研究的主要内容22-23
• 第二章 超音速引射器的内部流动23-35
• 2.1 超音速引射器的工作原理23-24
• 2.2 引射器喷嘴的流动24-27
• 2.3 超音速引射器性能分析27-35
• 第三章 计算流体力学和数值模拟方法35-39
• 3.1 控制方程35
• 3.2 求解方法35-36
• 3.3 湍流模型36-39
• 第四章 混流导叶对引射器的影响及其优化设计39-57
• 4.1 研究背景39-41
• 4.2 计算模型的建立及优化方法41-45
• 4.3 计算结果与对比分析45-55
• 4.3.1 混流导叶位置对超音速引射器性能的影响46-48
• 4.3.2 混流导叶长度对超音速引射器性能的影响48-51
• 4.3.3 混流导叶数量对超音速引射器性能的影响51-53
• 4.3.4 优化后混流导叶对引射器流场的影响53-55
• 4.4 本章小结55-57
• 第五章 V 形喷嘴对引射器的影响及其优化设计57-76
• 5.1 研究背景57-59
• 5.2 计算模型及优化方法59-63
• 5.3 计算结果分析与讨论63-75
• 5.3.1 V 形喷嘴对引射器内部流动的影响63-71
• 5.3.2 V 形喷嘴性能的对比分析及优化设计71-75
• 5.4 本章小结75-76
• 第六章 总结与展望76-78
• 6.1 全文总结76-77
• 6.2 工作展望77-78
• 参考文献78-85
• 致谢85-86
• 攻读硕士学位期间的研究成果86

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 张琦;霍杰鹏;王汝武;王园;;蒸汽喷射器的CFD数值模拟及其性能[J];东北大学学报(自然科学版);2010年03期

2 ;Numerical Simulation of the Supersonic Flows in the Second Throat Ejector-Diffuser Systems[J];Journal of Thermal Science;1999年04期

本文编号：920006