近临界马赫数条件下楔形诱导斜爆轰数值模拟

发布时间：2021-10-22 05:45

　　在爆轰推进技术的有关研究中,形成稳定的爆轰波对于爆轰发动机产生稳定推力至关重要.通过理论推导确定了斜爆轰角与来流马赫数间的曲线关系,并给出临界马赫数.进一步采用一步总包反应模型,开展近临界马赫数条件下有、无黏性扩散的斜爆轰大尺度数值模拟.针对临界马赫数近CJ特征的斜爆轰,有、无黏性两种情况下的模拟结果表明,近临界马赫数条件下斜爆轰存在CJ爆轰上行现象,爆轰驻定后,具有全局波动特征. 

【文章来源】：北京理工大学学报. 2020,40(08)北大核心EICSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

Ma=9.5黏性斜爆轰(θ=30°)

在楔形斜面上设定一个量纲一化的大小800×600矩形域,由于气流以超声速传播,会在楔面上方形成一道以顶点为起点的斜激波,斜激波诱导可燃混合气体发生燃烧反应,在下游形成复杂的斜爆轰结构. 为方便数值模拟,将坐标系旋转使之与楔面方向一致(如图1). 通过改变入流马赫数来模拟固定楔形角为30°的斜爆轰. 空间离散采用基于WENO保守有限差分格式的5阶局部特征方法,时间离散采用3阶TVD Runge-Kutta时间离散. 并用数值算例验证了相对网格分辨率和保正数值格式的正确性[17].2.2 收敛性验证

采用20,40及80 pts/L1/2(L1/2为半反应区厚度)3种网格精度对Ma=12,楔面角30°的2维无黏斜爆轰进行收敛性验证. 由图2可知,当网格精度增加到80 pts/L1/2,发现爆轰结构变化很小,表明40 pts/L1/2的模拟结果收敛于80 pts/L1/2时的结果. 因此,40 pts/L1/2网格精度能够捕捉斜爆轰结构特征及爆轰角. Choi与Kim等[18]采用3阶MUSCL-TVD方案对对流通量进行了离散化,网格精度为40 pts/L1/2能够满足斜爆轰模拟要求. 由于目前的数值模拟采用的格式为5阶WENO计算格式,占用较少网格就能达到较高精度,且经过验证其精度可以达到5阶3维爆轰[19]. 高网格精度下接触面会产生强涡,Choi及Kim等[18]进行了详细的讨论. 本模拟对于高马赫数条件下的斜爆轰进行模拟,高过驱度会抑制接触面上的不稳定特征,因此小尺度涡不会出现[20].3 数值结果分析和讨论

【参考文献】：
期刊论文
[1]旋转爆轰发动机的有效工作直径设计[J]. 刘艳明,秦洋,王成,姜春晖.  北京理工大学学报. 2017(06)
[2]尖劈诱导的斜爆轰波的精细结构及其影响因素[J]. 归明月,范宝春.  推进技术. 2012(03)
[3]斜爆轰波面上复杂结构的数值研究[J]. 滕宏辉,王春,赵伟,姜宗林.  力学学报. 2011(04)



本文编号：3450499