喷管内流场计算程序
喷管内流场计算程序
!本程序采用三种格式对Buckley-Leverett方程进行求解
!计算过程中采用人工粘性进行处理
!name,name1是用于进行变文件名输出数据的字符串参数
!n,m分别表示空间网格节点和选择哪种计算方法
!uN,SN分别表示前一时刻的速度、人工粘性值
!u,FN分别表示这一时刻的速度,前一时刻对流项的函数值
!dx,dt,time分别表示空间尺度、时间尺度和总计算时间
!Cx分别表示人工粘性系数
program main
implicit none
character(len=15) :: name,name1
integer :: i,n=201,m
real(kind=8) :: uN(201),SN(201),FN(201)
real(kind=8) :: u(201),AN(201)
real(kind=8) :: dx,dt,time,t,Cx
!给定输入参数，对于不同的边界条件需要修改
dx=2.0/(n-1)
t=0.0
time=0.4
dt=0.0001
Cx=0.006
m=2
!给定初始时刻给定的速度值，不同边界条件时需要修改
do i=1,n
if(-1.0+(i-1)*dx<=0.0.and.-1.0+(i-1)*dx>=-0.5)then uN(i)=1.0
else
uN(i)=0.0
end if
end do
!选择方法进行计算
if(m==1) then
name1="Lax_Friedrichs"
do while(t<=time)
t=t+dt
do i=1,n
FN(i)=4.0*uN(i)**2/(4*uN(i)**2+(1-uN(i))**2) end do
do i=2,n-1
SN(i)=Cx*(uN(i+1)-2*uN(i)+uN(i-1))
u(i)=(uN(i+1)+uN(i-1))/2.0-dt*(FN(i+1)-FN(i-1))/(2.0*dx)+SN(i) end do
u(1)=uN(1)
u(n)=uN(n)
do i=1,n
uN(i)=u(i)
end do
end do
else if(m==2) then
name1="Lax_Wendroff"
do while(t<=time)
t=t+dt
do i=1,n
FN(i)=4.0*uN(i)**2/(4*uN(i)**2+(1-uN(i))**2)
end do
do i=1,n-1
if(uN(i)==uN(i+1)) then
AN(i)=1.0
else
AN(i)=(FN(i+1)-FN(i))/(uN(i+1)-uN(i))
end if
end do
do i=2,n-1
SN(i)=Cx*(uN(i+1)-2*uN(i)+uN(i-1))
u(i)=uN(i)-dt*(FN(i+1)-FN(i-1))/(dx*2.0)+(AN(i)*dt/dx)**2*(uN(i+1)-& uN(i))/2.0-(AN(i-1)*dt/dx)**2*(uN(i)-uN(i-1))/2.0+SN(i)
end do
u(1)=uN(1)
u(n)=uN(n)
do i=1,n
uN(i)=u(i)
end do
end do
else
name1="upwind"
do while(t<=time)
t=t+dt
do i=1,n
FN(i)=4.0*uN(i)**2/(4*uN(i)**2+(1-uN(i))**2)
end do
do i=1,n-1
if(uN(i)==uN(i+1)) then
AN(i)=1.0
else
AN(i)=(FN(i+1)-FN(i))/(uN(i+1)-uN(i))
end if
end do
do i=2,n-1
SN(i)=Cx*(uN(i+1)-2*uN(i)+uN(i-1))
u(i)=uN(i)-dt*(FN(i+1)-FN(i-1))/(dx*2.0)+abs(AN(i)*dt/dx)*(uN(i+1)-& uN(i))/2.0-abs(AN(i-1)*dt/dx)*(uN(i)-uN(i-1))/2.0+SN(i)
end do
u(1)=uN(1)
u(n)=uN(n)
do i=1,n
uN(i)=u(i)
end do
end do
end if
write(name,"(A15)") name1
open(10,file=''//trim(adjustl(name))//'.dat')
do i=1,n
!输出速度值，对于不同边界条件需要修改
write(10,"(f9.5,2x,f9.5)") -1.0+(i-1)*dx,u(i)
end do
stop
end。
喷管计算
理论课教案教案编号 14
编写教师编写日期
审核教师审核日期年月日
教学班级
教学日期
课程名称热工理论及应用
课题：第四章蒸汽的流动
4-3喷管计算
教学目标：1．了解滞止参数、临界参数，掌握临界压力比含义；
2熟练掌握水蒸气在喷管中流动的流速记流量计算公式；
3.掌握减缩喷管和缩放喷管的争取选型及有关截面积计算及校核
教学重点：喷管设计计算
教学难点：临界压力比的理解及应用
教学方法：讲授法、练习法
其它说明：
时间分配教学组织1分钟小结与作业5分钟引入新课4分钟分钟讲解新课80分钟分钟
课后记事
教学内容
教学方法 [复习引入]
略。
[讲解新课]
第四章 蒸汽的流动 §4-3喷管计算
一、流量计算
1.渐缩喷管：如出口截面处的流速为v2，比容为c2，出口截面积为f2，则由连续性方程可得：
2. 渐缩渐扩喷管：
二、临界压力比
临界压力Pcr 与进口压力P1之比为临界压力比。
过热蒸汽：
干饱和蒸汽：
三、流速计算 出口流速：
临界流速：
四、喷管设计计算
五、喷管内有摩阻的绝热流动 [小结与作业] 1．流量、流速计算；
讲授
222v c f m =c
c v c f m min max =
=
cr β1
p p cr 546
.0=cr β577
.0=cr β2
1272.44h h c -=c
c h h c -=172.44
2.临界压力比的含义；
3．作业：4-6、4-7、4-13
练习。
喷管设计计算
第九章 气体和蒸汽的流动工程上许多热力设备中，常常要处理气体在管道内的流动情况，热能↔机械能的转化也常常发生在工质在管道中进行流动的过程中实现。
喷管：汽轮机：利用高速气流推动叶片输出机械功如扩压管：压气机：消耗外界功使气体增压减速但这种能量转化是很复杂的，因此要专门研究气体或蒸汽在管道中的流动问题。
本章主要讨论：（用前面以学过的知识） 质量守恒方程式 1、气体流动的基本方程 能量守恒方程式 过程方程式状态参数的变化规律 2、气体流动的基本特性 他们与管道截面而变化的关系3、喷管设计算——管道截面参数设计9—1 稳定流动的基本方程式本章的研究任务是从以学过的热力学基本知识来探讨工质在管道中的流动问题，前面所学过的基本方程式归纳起来不外乎质量守恒方程、能量守恒方程以及仅反映工质状态变化的过程方程。
由于工程上常见的工质流动都是稳定的，所以本章主要讨论气体及蒸汽的稳流情况——符合热疑虑。
另外，由于工质流速都很高，时间很短，忽略0q δ=，看成是绝热，所以在以后的讨论中都是稳流绝热的情况。
先介绍两个新概念 1、 稳定流动：只在喷管各个截面上的一切参数P V C 均不随时间变化。
2、 一元流动：指流动的一切参数仅在一个方向上（流动方向）有变化，而 在其他方向上没有变化。
实际上，第八章是前面学过知识的一个概括性总结复习，应用在复习和应用的基础上了解工质在管道内的流动规律。
一、连续性方程根据质量守恒原理，在稳定流动中，工质在单位时间内流经喷管任何截面的质量流量均相等。
12m m m ===即 112212i iiAC A C A C AC V V V V ==== 微分 ()0AC dm d V == ()20dc dA AC AC d A C dv V V V V ⇒=+-=0dc dA dv c A v⇒+-=---连续性方程说明： 1、(),,0f C A V = 三者之间的关系2、使用于速流、可逆、不可逆任何工质3、对不可压缩流体0dv =，则C ,A 成反比，A C ↑→↓4、对可压缩性流体（空气，蒸汽）喷管的变化规律与A, C ,V 豆油关系，而(),v f P T = (),A f C V =二、能量方程式 工质在管道中流动，必然遵守开口系统稳定流动能量方程式 ()()()2221212112q h h c c g z z wi =-+-+-+∵ 0q = ()210g z z -= 0wi =∴ ()22212112h h c c -=- —— 能量方程式微分： 212dh dc -=又 ∵ q dh vdp δ=-⎰212dh vdpvdp dc cdc ⇒=⇒-==→能量方程式，适用稳流、绝热、可逆、不可逆任何工质。
喷管内流场计算程序
喷管内流场计算程序!本程序采用三种格式对Buckley-Leverett方程进行求解!计算过程中采用人工粘性进行处理!name,name1是用于进行变文件名输出数据的字符串参数!n,m分别表示空间网格节点和选择哪种计算方法!uN,SN分别表示前一时刻的速度、人工粘性值!u,FN分别表示这一时刻的速度,前一时刻对流项的函数值!dx,dt,time分别表示空间尺度、时间尺度和总计算时间!Cx分别表示人工粘性系数program mainimplicit nonecharacter(len=15) :: name,name1integer :: i,n=201,mreal(kind=8) :: uN(201),SN(201),FN(201)real(kind=8) :: u(201),AN(201)real(kind=8) :: dx,dt,time,t,Cx!给定输入参数，对于不同的边界条件需要修改dx=2.0/(n-1)t=0.0time=0.4dt=0.0001Cx=0.006m=2!给定初始时刻给定的速度值，不同边界条件时需要修改do i=1,nif(-1.0+(i-1)*dx<=0.0.and.-1.0+(i-1)*dx>=-0.5)then uN(i)=1.0elseuN(i)=0.0end ifend do!选择方法进行计算if(m==1) thenname1="Lax_Friedrichs"do while(t<=time)t=t+dtdo i=1,nFN(i)=4.0*uN(i)**2/(4*uN(i)**2+(1-uN(i))**2) end dodo i=2,n-1SN(i)=Cx*(uN(i+1)-2*uN(i)+uN(i-1))u(i)=(uN(i+1)+uN(i-1))/2.0-dt*(FN(i+1)-FN(i-1))/(2.0*dx)+SN(i) end dou(1)=uN(1)u(n)=uN(n)do i=1,nuN(i)=u(i)end doend doelse if(m==2) thenname1="Lax_Wendroff"do while(t<=time)t=t+dtdo i=1,nFN(i)=4.0*uN(i)**2/(4*uN(i)**2+(1-uN(i))**2)end dodo i=1,n-1if(uN(i)==uN(i+1)) thenAN(i)=1.0elseAN(i)=(FN(i+1)-FN(i))/(uN(i+1)-uN(i))end ifend dodo i=2,n-1SN(i)=Cx*(uN(i+1)-2*uN(i)+uN(i-1))u(i)=uN(i)-dt*(FN(i+1)-FN(i-1))/(dx*2.0)+(AN(i)*dt/dx)**2*(uN(i+1)-& uN(i))/2.0-(AN(i-1)*dt/dx)**2*(uN(i)-uN(i-1))/2.0+SN(i)end dou(1)=uN(1)u(n)=uN(n)do i=1,nuN(i)=u(i)end doend doelsename1="upwind"do while(t<=time)t=t+dtdo i=1,nFN(i)=4.0*uN(i)**2/(4*uN(i)**2+(1-uN(i))**2)end dodo i=1,n-1if(uN(i)==uN(i+1)) thenAN(i)=1.0elseAN(i)=(FN(i+1)-FN(i))/(uN(i+1)-uN(i))end ifend dodo i=2,n-1SN(i)=Cx*(uN(i+1)-2*uN(i)+uN(i-1))u(i)=uN(i)-dt*(FN(i+1)-FN(i-1))/(dx*2.0)+abs(AN(i)*dt/dx)*(uN(i+1)-& uN(i))/2.0-abs(AN(i-1)*dt/dx)*(uN(i)-uN(i-1))/2.0+SN(i)end dou(1)=uN(1)u(n)=uN(n)do i=1,nuN(i)=u(i)end doend doend ifwrite(name,"(A15)") name1open(10,file=''//trim(adjustl(name))//'.dat')do i=1,n!输出速度值，对于不同边界条件需要修改write(10,"(f9.5,2x,f9.5)") -1.0+(i-1)*dx,u(i)end dostopend。
喷管设计计算流程
喷管设计计算流程1.需求分析：首先需要明确喷管所需要达到的目标，例如喷射流体的流量、压力、速度要求以及应用环境等。
根据目标设定具体的设计要求。
2.材料选择：根据喷管的工作条件和喷射流体的特性，选择合适的材料。
常见的喷管材料包括金属（如铜、不锈钢）、塑料和陶瓷等。
材料的选择需要考虑其耐腐蚀性、耐磨损性、耐高温性以及可加工性等。
3.流体力学计算：根据喷射流体的物理特性和设计要求，进行流体力学计算。
这包括流体传递方程的建立和数值计算方法的选择。
通过对流场的模拟和分析，确定喷管的内部流动状态，以及流体的流速、压力等参数。
4.结构力学计算：根据喷管的结构形式和工作状态，进行结构力学计算。
这包括应力分析、刚度分析和振动分析等。
通过计算得到喷管在工作条件下的应力分布，以及是否超过材料的极限强度。
5.几何参数确定：根据流体力学和结构力学计算的结果，确定喷管的几何参数。
这包括喷口形状、管道直径、长度以及其他尺寸参数的确定。
几何参数的选择会直接影响到流体力学和结构力学的计算结果。
6.性能评估：根据设计要求和计算结果，对喷管的性能进行评估。
这包括对流场特性的评价、流体的流速、耗压等参数的分析、结构强度的评估等。
通过性能评估可以判断设计方案是否满足使用要求。
7.优化设计：根据性能评估的结果，对喷管的设计进行优化。
可以采取改变几何参数、材料选择、流道优化等方式，使喷管的性能更加稳定和优化。
同时，还可以根据实际使用情况，经验调整的因素对喷管进行修正。
总结：喷管的设计计算流程主要包括需求分析、材料选择、流体力学计算、结构力学计算、几何参数确定、性能评估和优化。
通过这一流程的设计计算，可以得到满足实际需求的喷管设计方案，确保喷管在实际工作中具备满足流体特性和结构要求的性能。
同时，还可以运用优化设计的方法，进一步提升喷管的性能和效率。
喷管 喷管内燃气流动的参数计算
一、喷管理论 二、喷管内燃气流动的参数计算
• 喷管是火箭发动机的一个重要部件，它的主要功能有三个： • • • • • 通过喷管喉部面积的大小控制燃气的流量，使燃烧室内的燃气保 持预定的压强，确保装药正常燃烧； 使推进剂燃烧产物通过喷管膨胀加速，将其热能充分转换为燃气 的动能，从而使发动机获得推进动力—推力； 在导弹发动机中通过喷管实施推力大小和方向的调节与控制。 目前火箭发动机中最常用的是几何喷管，它是依靠喷管本身特殊 的几何形状来实现以上功能的。 本章主要讨论燃气在几何喷管中流动的基本规律，它是研究火箭 发动机性能参数的主要理论基础。
由图可知 是 的双值函数， 对于给定的值，在亚声速区和超 声速区均有一个值与之对应。
• 4. 排气速度
由能量方程 ：
2k T 2k V 2 H 0 H 2c p T0 T RT0 1 RT0 1 ( ) k 1 T0 k 1
由气动力函数关系，可得：
V 2k RT0 1 k 1
k 1
k 1 k
k 2k 令 FV 1 ，称为流速函数，则 k 1
V RT0 FV ( , )
当 e ， 称为排气速度，即 Ve RT0 FV ( e , k )
k k 1
1 k 1
2k V a* RT0 k 1
气体动力学函数
因此，参数计算的一般步骤为：
2
2
T T0 p p0
•
注意：一定的ζ或ε由q(λ)表可得到两个速度系数， 其它参数也均有两个相应的解，分别是亚声速解及超 声速解。
0 V
ห้องสมุดไป่ตู้ 3. 压强比
喷管设计计算流程
2 m
A2 2 v2 m V2
拉法尔管 渐缩或拉法尔管 ？ 渐缩管 喷管几何尺寸确定
2 Amin m vc (喉部最小截面) Vc
结
束
A2
37、喷管设计计算流程：
开
始
给定初始参数 p0 , T0 和背压 pb
或出口截面 A2 给定流量 m
2 k 1 计算流体的 c ( ) k 1
k
>
流动特性：1、出口为亚音速 状态；2、 p 2 pb p c 3、出口流速小于当地音速 4、流量小于最大流量
pb c ？ p0
<
流动特性：1、出口为超临界状态； 2、 p 2 pb p c 、 pc p0 c 3、出口流速大于当地音速 4、由喉部临界状态决定最大流量
=
流动特性：1、出口为临界状态； 2、 p 2 pb p c 、 pc p0 c 3、出口流速等于当地音速 4、流量为最大流量
喷管选择：渐缩喷管
1 pb kk ) (
V2 2(h0 h2 ) 2c p (T0 T2 )
p0 k ) pb
1
vc v0 (
p0 1 )k pc
V2 2c p (T0 T2 )
Vc
2kRT0 k 1
2？ A2 或 m
A2
2 m A2V2 v2
喷管选择：渐缩喷管 出
喷管选择：拉伐尔喷管 口 ： 喉 部：
T2 T0 (
pb ) p0
k 1 k
T2 Tc
2 T0 k 1
p0 ) pc
1 k
v2 v0 (
p0 ) pb
1 k
T2 T0 (
0CFD实践-喷管流场计算
教案课程名称：计算流体力学理论授课人员：32号授课对象：__________________________指导教员：__________________________XXXXXXXXXXXXXXXXXXX2016年10月12日一、基本内容二、授课过程设计介绍三种方案，从其他两种方法的弱点引出CFD方法提出问题？CFD温度为2000K。
出口压强为0Pa，出口温度为300 K o(4 )迭代计算进行迭代计算，直到方程收敛。
而收敛前的迭代次数，和模型求解的难度、网格网格细密程度、使用的算法、收敛判据等有关。
(5)后处理压强云图：9.98+0 9.16et0 8.37et0 7.58x0 6.80e-t0 6.01e-t0 5.22et02.86et0 2.07e-f0 1.28et0 4.92x0 4.98eM54.69et05 4.40e+05 4.10e-»05 3.81x053.5加05 3.22et05 2.93et05 2.63eW52.33052.04e-»05 1.75et05 1』如前 51.M058.67ei(M5.73e，(M2.78e-»02l•1.5GeM3 -3.10e-t04-6.04e-t04 -8.98e-t04Centoui8 01s旬ic Preesure (pascal) I Oc1 08, 2016 FLUENT 6.3(axi, dp, pbrs)介绍Fluent软件，引出下面的计算手段CcnloufBolSwic Pressure (pascal) I Od 08, 2016 FLUENT 6.3(axi, dp, pbrs)结合电脑上的实际操作讲述5个步骤0C1 08, 2016 FLUENT 6.3 [axi, dp, pbrslOci 08, 2016 FLUENT 8.3 [axi, dp, pbrs)2 97et02 2.17x025 H 3.7mL 」UE.«K■CFD方法的优势和不足(1 )优势“数值实验”比“物理实验”具有更大的自由度和灵活性，例如“自由”地选取各种参数，不受物理模型和实验模型的限制等。
第十一讲 喷管流动过程1
引入函数 2
2 ( P、T) 0
7
第五章 喷管流动过程
（3）计算给定温度与压强条件下燃烧产物平衡组分
火箭发动机原理
nj
的方程： 化学平衡方程
质量守恒方程
等熵方程：
~ ~ 1 S (P、T) S0c 0
喷管热力计算的方程
喷管计算程和化学平衡方程（计算 n j ）
Ie
n j I ej
j 1
N
m
k
R
：
等
(d) 计算喷管的平均等熵指数
T 燃烧产物从 ( P0c 、 0c )等熵膨胀到
( Pe 、 e ) 满足等熵方程： T
Peve P0c voc const.
k k
Pv R T
P lg e P 0c k P R T lg e 0c 0c P R T 0c e e
不可逆现象是指 摩擦、传热及其 它的不平衡现象
平衡流动模型
温度较高、压强较大、 产物组分浓度也较大的 情况,计算过程中采用 平衡膨胀的平均比热。
化学组分冻结 的流动模型
燃烧温度较低的情况， 计算过程中采用冻结 平均比热。
化学组分突然冻 结的流动模型
这一模型有时能满意 地替代考虑化学不平 衡的复杂计算。
火箭发动机原理
1.推进剂燃烧完全,产物在流动过程中处于平衡状态 2.燃烧产物为完全气体 基本假设 3.喷管内的流动是一维的 4.燃烧过程是绝热的，喷管的流动过程是定常的、而且是等熵 的
17
第五章 喷管流动过程
火箭发动机原理
1、利用喷管热力计算的结果计算流动参数及发动机的理论比冲：
①：喷气速度 u e
微喷管内流场DSMC模拟计算与分析
工学硕士学位论文微喷管内流场DSMC模拟计算与分析张海强哈尔滨工业大学2006年6月国内图书分类号：V435国际图书分类号: 52工学硕士学位论文微喷管内流场DSMC模拟计算与分析硕 士 研究生：张海强导师：赵阳 教授申请学位级别：工学硕士学科、专业：人机与环境工程所在单位：航天工程系答辩日期：2006年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classified Index：V435U.D.C.: 52Dissertation for the Master Degree in EngineeringSIMULATION AND ANALYSIS OFRAREFIED FLOWIN MICRO NOZZLE USING DSMCCandidate：Zhang Haiqiang Supervisor：Prof. Zhao YangAcademic Degree Applied for：Master of Engineering Specialty：Ergonomics and Environment Affiliation：Dept. of Astronautic Engineering Date of Oral Examination：June, 2006University：Harbin Institute of Technology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着我国微小卫星研制的大力发展，作为微推进系统关键部件的微喷管研究成了重要的研究课题之一，对微喷管内流场稀薄气流的模拟分析是微喷管设计和性能改善所需要解决的关键问题。
微尺度喷管流动特性的研究对微型空间推进器及微机电(MEMS)动力系统的设计和性能改进具有极其重要的指导意义。
本文针对国外研制的微推进系统所用典型微米级喷管，对稀薄气流在微喷管内的流动性能进行了建模和仿真分析。
稀薄气体的流动是一个复杂的稀薄气体动力学问题。
由于气流密度小，工作部件微型化，气体分子的平均自由程与喷管的特征尺寸在一个量级，这使得气体流动在物理上变成高非线性、高耦合性的微分积分方程，因此数学解析求解变得异常困难。
固体火箭发动机燃烧室喷管统一流场计算
固体火箭发动机燃烧室喷管统一流场计算随着航天技术的不断发展，固体火箭发动机已经成为了火箭发射的重要动力来源之一。
燃烧室喷管是固体火箭发动机的核心部件之一，它能够将燃烧产生的高温高压气体通过喷口喷出，产生巨大的推力，推动火箭发射。
为了保证固体火箭发动机的高效稳定工作，燃烧室喷管的设计和优化显得尤为重要。
本文将介绍固体火箭发动机燃烧室喷管统一流场计算的相关研究。
一、燃烧室喷管的工作原理燃烧室喷管是固体火箭发动机的关键部件之一，它的主要作用是将燃烧产生的高温高压气体通过喷口喷出，产生巨大的推力。
燃烧室喷管的工作原理可以简单地理解为：燃烧产生的高温高压气体通过燃烧室喷管的喷口喷出，喷出的气体在喷口周围形成了一个高速气流，这个气流可以产生推力，推动火箭发射。
二、燃烧室喷管的设计与优化燃烧室喷管的设计和优化是固体火箭发动机研制过程中的重要环节。
燃烧室喷管的设计需要考虑多个因素，包括燃烧室的形状、喷口的大小和形状、喷口的位置等等。
一般来说，燃烧室的形状和尺寸应该根据所需的推力和燃烧产生的气体流量来确定。
而喷口的大小和形状则需要根据燃烧产生的气体流速和喷口周围的气流特性来确定。
此外，喷口的位置也需要考虑到火箭的整体结构和重心平衡等因素。
优化燃烧室喷管的设计可以帮助提高固体火箭发动机的性能和可靠性。
优化的方法包括数值模拟、实验测试和经验公式等。
其中，数值模拟是目前研究燃烧室喷管设计和优化的主要方法之一。
数值模拟可以模拟喷口周围的流动场和压力场，帮助优化喷口的形状和位置，提高固体火箭发动机的推力和效率。
三、固体火箭发动机燃烧室喷管统一流场计算固体火箭发动机燃烧室喷管统一流场计算是一种基于数值模拟的燃烧室喷管设计和优化方法。
该方法可以模拟喷口周围的流动场和压力场，帮助优化喷口的形状和位置，提高固体火箭发动机的推力和效率。
具体来说，固体火箭发动机燃烧室喷管统一流场计算的步骤包括以下几个方面：1.建立燃烧室喷管的数值模型，包括燃烧室的形状、喷口的大小和形状、喷口的位置等。