喷管射流流场及噪音的数值模拟
究 ＿ 。Ｆｅ ｎ ２ ｒｕ ｄ利用 自己开发 的 Ｄ Ｓ代 码 ， Ｊ Ｎ 分别 对 马赫 相关文献９ ． ．２的 高温 空 气 射 流 流场 及 声 场 进行 了数 。Ｌ ｐ ｇａｏ ｕ ｏｌｚｆ Ｎ与 Ｂａ ｃｅｉ Ａ利 用 法 国 １ 三维 非稳 态 流 场 数 值 模 拟 ｉ ｈｒ ｎ ｎ 航 空航天 实验 室 （ Ｎ Ｒ 的 ＭＳ Ｏ Ｅ Ａ） Ｄ代码 对亚 音 速及 超 １ １ 数 学模 型 ． 值 模 拟
行数值 模拟 ， 建立 一套 有效 的计 算方 法 ， 为如 何 降低喷
大推力 火箭 和导 弹 在 发 射 过程 中 ， 由喷 管 燃 气射 管射 流噪音 的工作 提供 基础 。 本 文分 两部分 对 射 流声 场进 行 计 算 ， 先 针 对喷 首 流造成 的 噪 音 可 达 １０ ｄ 以上 ， 而 对 飞 行 器 的 载 ６ Ｂ 从
７ ０ ６ ， ｈ ａ １０ ５ Ｃ ｉ ） ｎ
Ａｂｔ ｃ：ｈｓ ｔｄ ｃｓｄｏ ｓ ｇＬｒｅＥ ｄ ｉ ｕａｏ （ Ｅ ）ｔ ｓ ｕａ ｅ３Ｄｕ ｓ ａ ｙｓｐｒｏｉ ｈｔｅ ｆ ｗ ． ｓｒ ｔＴ ｉｓ ｙｉ ｆ ｕｅ ｎｕｉ ａｇ ｄ ｙＳｍ ｌ ｉ Ｌ Ｓ Ｏ ｉ ｌｔ ｔ － ｎｔ ｄ ｕ ｅｓｎ ｏ ｊｔ ｏ ｓ ａ ｕ ｓｏ ｎ ｔｎ ｍ ｅ ｈ ｅ ｃ ｌ
Ｈ ｈ ｎ ．ｈｏ ， Ａ ｕｔ ｇ ， Ｎ ｈ ｎ Ｃ Ｉ ｉ ｇ Ｕ Ｓ ｅ ｇｃ ａ Ｂ Ｏ Ｆ —ｎ ＷＡ Ｇ Ｚ ｏ ｇ ， Ａ ａ ｉ Ｑ ｎ
（ ．Ｓ ｉ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏ ｇ ｎＣ ｍ ｕｔ ｎ Ｉｔ ａ Ｆｏ ｎ ｈ ｒ ａ ＳｒｃｕｅＬ ｂ ｒｔｒ ， １ ｃ ｎ ｅａ ｄＴ ｃ ｎ ｌ ｏ ｏ ｂ ｓ ｏ ｅ ｌ ｌ ａ ｄ Ｔ ｅｍ ｌ ｔ ｔｒ ａ ｏ ａ ｙ ｅ ｏ ｙ ｉ ｎ ｒ ｗ ｎ － ｕ ｏ
ａ ｄｔｅ ｅｆ ｅ ｏｓ ｉ ｃｍｐｔｄｂ ｅＦｏ ｃ ｌａ — ａ ｋ ｇ （ Ｗ— ｎ ｎｔ ｒ ｌ ｎｉ ｓ ｏ ｕｅ ｙｔ ｆ ｓＷｉｉ Ｈ ｗ ｉ ｓ Ｆ Ｈ）ｓｒ ｃ ｎｅｒ ｅｈｄ ｈ ｅｕｔ ｓｏ ｈ ｈ ａｆ ｄ ｉ ｅ ｈ ｗ ｌ ｍｓ ｎ ｕｆ ｅｉｔ ａ ｍ ｔｏ ．Ｔ ｅｒｓｌ ｈｗ ａ ａ ｇｌ ｓ
摘要 ： 用大涡模拟（ Ｅ ） 利 Ｌ Ｓ 对喷 管超音速 高温射 流流场进行 了三维非稳 态数值 模拟 ， 根据 流场的湍 流特 性确定声 源，
选取积分 面， 用 Ｆ Ｈ方程计算远 场观测点 的声强 ， 利 ｗ． 最后与相 关文献 中的试验 结果进行 对比。结果表 明， 该方法得到 的
计算结果与试验结果较 吻合 ， －￣ ４ ｄ于网格限制 ， Ｖ 远场的高频 声谱存在一定的误差。
固 体 火 箭 技 术
第 ３ 第 ４期 ４卷
Ｊ ｕ ａ ｏ ｏ ｉ ｏ ｋ ｔＴ ｃ ｎ ｌｇ ｏ ｒ ｌ ｆＳ ｌ Ｒ ｃ ｅ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｎ ｄ
喷 管 射 流 流 场 及 噪 音 的 数 值 模 拟①
胡声超 鲍福廷 王 中 蔡 ， ， ， 强
７０ ６ ） １０ ５ （ ．西北工业大学 燃烧、 １ 热结构与 内流场重点实验室 ， 西安 ７０ ７ ；． １０２ ２ 西安近代化学研究所 ， 西安
ｇ ｏ ｇ ｅ ｍｅ ｔｗ ｔ ｘ ｅ ｉ ｎ ａ ｄ ｔ ．Ｂ ｔｔ ｅ ｅ ａｅ￥ ｍｅ ｄ ｖａ ｏ ｓｉ ｈ ｉ ｈ￣ ｑ ｅ ｅ ｐ ｃ ｒ ｕ ｏ ｔ ｅ ｍｅ ｈ ｑ Ｍｉ ． ｏ ｄ ａ ｒ ｅ ｎ ｉ ｅ ｐ ｒｍｅ ｔ ａ ａ ｕ ｈ ｒ ｈ ｌ ｒ ｏ ｅ ｉｔ ｎ ｎ ｔ ｅ ｈ ｇ ｅ ｕ ｎ ｙ ｓ ｔａ ｄ ｅ ｔ ｈ ｓ ｕ ｔ ｉ ｅ ｙ
Ｎｏ ｔ ｗｅ ｔ ｒ ｌｔ ｃ ｎｉａ ｉｅ ｓｔ Ｘｉ ｎ ７１ ０ ２， ｉ ａ； ｒｈ ｓｅ Ｐｏｙｅ ｈ ｃ ｌＵｎ ｖ ｒ ｉ ｎ ｙ， ｈ ０ ７ Ｃｈ ｎ
２ ｉｎＭ ｄｍ ｈｍ ｓｙＲ ｓａｃ ｓ ｔ ｅｘ ．Ｘ ｈ ｏ ｅ Ｃ ｅ ｉ ｒ ｅｅｒｈＩ ｔｕ ， ｉ ｔ ｎ ｉｔ
Ｋｅ ｏｄ ： ｔａ ｒ ｙ ａ ｉ ｎ ｉ ；ｕ ｅ ｅ ｉ ｕａ ｏ ； ｒｅｅ ｄ ｉ ｌ ｉ （ Ｅ ） ｙ ｗ ｒ ｓ ｊ ；ｅ ｄ ｎ ｍ ｃ ｏ ｅ ｎ ｍ ｆ Ｍ ｓ ｌｔ ｎ ｌ ｇ ｄ ｙｓ ａ ｏ Ｌ Ｓ ｅ ｏ ｓ ｉ ｍ ｉ ａ ｍｕ ｔ ｎ
Ｏ 引 言
关键词 ： 射 ； 喷 气动 噪音 ； 值模 拟 ； 涡模 拟 数 大
中 图 分 类 号 ：４ ５ Ｖ ３
文 献 标 识码 ： Ａ
文 章 编 号 ： ０ －７３ ２ １ ）４０ ３ －４ １ ６２ ９ （０ １ ０ －４６０ ０
Ｎｕ ｒｃｌ ｉ ｌｔ ｎ ｏ ｔ ｏ ｆ ｌ ｎ ｏｓ ｏ ｚ ｍｅｉ ｍｕａｉ ｆ ｅ ｗ ｅｄ ａ ｄｎ ｉ ｉ ｎ ｚｌ ａｓ ｏ ｊ ｆ ｉ ｌ ｅｎ ｅ
荷 、 构及地 面设 施 造 成 巨大 危 害 … 。近 ２ ３ 结 ０～ ０年 ，
管超音 速 高 温 空 气 射 流 流 场 进 行 三 维 非 稳 态 数 值 模
将非 稳态 流场数 据作 为输入 参数 ， 行气 动声 学计 进 国外在 这 方 面做 了较 多 的基 础 性 研 究 工 作 ，ｅｎｒ与 拟 ， Ｓ ｉｅ 算 ， 到其近 场及 远场声学 特性 ， 得 并将 数 值计 算结 果与 Ｐ ｎ ｎ对不 同温 度 空 气 的超 音 速 射 流 进 行 了试 验 研 ｏｔ ｏ
轴对称直喷管的水下射流噪声特性数值模拟与实验验证
轴对称直喷管的水下射流噪声特性数值模拟与实验验证邢军华;尚大晶;张成;苗天丞【摘要】[Objectives] In order to study the underwater jet noise characteristics,[Methods]the Lighthill acoustic analogy is carried out to compute the underwater free jet flow sound field characteristic of axisymmetric nozzle,with applying of FLUENT simulation software and large eddy simulation,the real flow field of submerged axisymmetric nozzle is simulated, and the jet noise is measured by the reverberation method.[Results]The results show that the core length of steady flow field is independent of flow rate,and the length is about 8 times the diameter of the nozzle. The radiation power of jet noise is proportional to the velocity of eight times. The power spectrum of jet noise is different with the flow velocity in the low frequency. In the high frequency,the difference is significantly reduced. The radiated noise energy is mainly concentrated in the low frequency. With the increase of flow velocity, the main contribution of jet noise moves to high frequency.[Conclusions]In terms of computing simulation of jet noise,the large eddy simulation and Lighthill acoustic analogy combined analysis is an effective means.%[目的]为研究水下射流噪声特性,[方法]应用Lighthill声类比计算轴对称直喷管的自由射流声场特性,借助FLUENT仿真软件并采用大涡模拟法计算该直喷管的水下射流流场,最后基于混响法进行实验验证.[结果]结果表明:稳态射流流场的核心区长度与流速无关,核心区长度约为喷管直径的8倍;射流噪声辐射功率与流速的8次幂成正比;不同流速下的射流噪声功率谱在低频段的差异较大,在高频段的差异则显著减小,且辐射噪声能量主要集中在低频段,但流速增加后射流噪声的主要贡献将向高频段移动.[结论]在射流噪声计算仿真方面,将大涡模拟法和Lighthill声类比相结合是一种有效的分析手段.【期刊名称】《中国舰船研究》【年(卷),期】2017(012)006【总页数】5页(P49-53)【关键词】轴对称直喷管;射流噪声;混响法【作者】邢军华;尚大晶;张成;苗天丞【作者单位】中国舰船研究设计中心船舶振动噪声重点实验室,湖北武汉430064;哈尔滨工程大学水声技术重点实验室,黑龙江哈尔滨150001;中国舰船研究设计中心船舶振动噪声重点实验室,湖北武汉430064;中国舰船研究设计中心船舶振动噪声重点实验室,湖北武汉430064【正文语种】中文【中图分类】U661.1;TB561水下辐射噪声主要由机械噪声、螺旋桨噪声及流噪声构成。
喷管二维跨声速两相湍流流场的数值模拟
喷管二维跨声速两相湍流流场的数值模拟摘要：本文将介绍喷管二维跨声速两相湍流流场的数值模拟，分析其影响因素，考察模型的准确性和有效性。
研究发现，这样的数值模拟能够有效地揭示流动特性，并提供重要的结论和见解。
关键词：喷管二维跨声速两相湍流；数值模拟；影响因素；流动特性正文：本研究旨在通过数值模拟喷管二维跨声速两相湍流流场，考察其影响因素，探讨准确性和有效性模型。
为了实现这一目标，我们用基于有限差分方法建立了一个数值模拟系统，并利用用于解决跨声速两相湍流模型的特征网格方法，模拟和研究了流场的主要性质，包括可视化流动，压力场，和准确的静力学特性。
研究结果表明，数值模拟系统可以有效地描述喷管二维跨声速两相湍流流场的特性，并且能够识别出影响流动的主要因素。
同时，我们也发现，由数值模拟系统对于流场的预测是可信的，并最终得到了重要的结论和见解。
喷管跨声速两相湍流流场的数值模拟结果可以用于有效解决多种实际工程问题。
例如，该模拟可以应用于气动系统中的源污染控制，因为它可以提供准确的压力分布信息，从而有助于提高给水系统的可操作性和可靠性。
此外，该模拟也可以用于飞行器设计，通过对流动特性的全面准确研究，有助于设计出低阻力、高效率的发动机结构。
另外，它也可以用于快速检索溃坝泄洪系统中存在的潜在危险，从而帮助专家提前采取有效的防洪措施。
此外，该模型还可以应用于改善节能建筑物设施的效率，通过对流动特性进行深入分析，可以设计出更有效的空气循环系统，以及更高效的热控系统。
此外，该模拟还可以用于提高汽车制造的流程效率，通过对压力和流量分布的精准计算，可以设计出更有效的制造流程。
本文介绍了基于喷管跨声速两相湍流流场的数值模拟，并就该模拟在实际工程中的应用提出了相关建议。
通过精准的流动特性研究，可以有效改善特定的实际系统性能，为气动系统、节能建筑物系统、飞行器系统以及汽车制造等众多实际问题的解决提供帮助。
此外，数值模拟系统还可以用于协助设计更有效的水力流体系统，比如火电厂、发电站以及水电站，这将有助于提高发电效率并降低能源成本。
超音速射流噪声突变现象的实验和数值模拟研究
２ ０ １ ７年 第 ７期
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． １ １ ８ ３ ２ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ０ — ４ ８ ５ ８ ． ２ ０ １ ７ ． ０７ ５
超 音 速 射 流 噪 声 突 变 现 象 的 实 验 和 数 值 模 拟 研 究
的轴 线 总压 和噪 声声 压级存 在 强相 关性 ， 可将 流 场 总压 的变化 作 为噪 声是否 突变的判 据 。 因此 ， 在设 计喷 管
时对 其射 流 流场进 行 仿真研 究 ， 就 可预 测其 噪 声突 变现 象的产 生 。
关键 词 ： 超音速 射 流 ； 噪声 ； 突变 ； 总压 ； 数 值模 拟
ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｅ ｘ ｐ ｌ ｏ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｎ ｕ ｍ ｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｗ ｏ ｋ ｉ ｎ ｄ ｓ ｏ ｆ ｎ ｏ ｚ ｚ ｌ ｅ ｓ ａ ｒ ｅ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｅ ｄ ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ｐ ｒ ｅ ｄ ｉ ｃ ｔ ｗ ｈ ｅ ｔ ｈ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ｊ ｅ ｔ ｎ ｏ ｉ ｓ ｅ ｗ ｉ ｌ ｌ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｅ ｓ ｕ ｄ ｄ ｅ ｎ ｌ ｙ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｎ ｏ ｚ ｚ ｌ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｐ ｅ ｒ ｉ ｏ ｄ ．Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｊ ｅ ｔ ｎ ｏ ｉ ｓ ｅ ｉ ｓ ｓ ｔ ｒ ｏ ｎ ｇ ｌ ｙ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｃ ｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ｌ ｉ ｎ ｅ ｔ ｏ ｔ ａ ｌ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｌ ｆ ｏ ｗ ｉ ｆ ｅ ｌ ｄ ，Ｓ Ｏ ｔ ｈ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｔ ｏ ｔ ａ ｌ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ｃ ａ ｎ ｂ ｅ ｕ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ｊ ｕ ｄ ｇ ｅ ｗ ｈ ｅ ｔ ｈ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ｊ ｅ ｔ ｎ ｏ ｉ ｓ ｅ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｓ ｓ ｕ ｄ ｄ ｅ ｎ ｌ ｙ ｏ ｒ ｎ ｏ ｔ ．Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｆ ｏ ｒ ｅ ， ｔ ｈ ｅ ｓ ｕ ｄ ｄ ｅ ｎ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｅ ｐ ｈ ｅ ｎ ｏ ｍ ｅ ｎ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｊ ｅ ｔ ｎ ｏ ｉ ｓ ｅ ｃ ａ ｎ ｂ ｅ ｐ ｒ ｅ ｄ ｉ ｃ ｔ ｅ ｄ ｂ ｙ
喷射流场及其辐射声场数值模拟
网络 出版 地 址 ：ｔ ：／ ｗ ｃｋ． ｅ ｋｍ ／ ｅａ／ ３ １９ ． ．０ ２ ８６ １３ ． １ ．ｔ ｈｔ ／ ｗ ｗ．ｎｉｎ ｔ ｃ ｓｄｔｉ ２ ．３０ Ｕ ２ １０ ０ ．５ ５ ０ ２ ｈ ｐ ／ ｌ ｍｌ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｉ ｒｅ ｏｓｕ ｙｔｅｅｆｃ ｆ ｕｚｅｓｒｃｕｅｏ ｅｏ ｃ ｕ ｔ ｏｓ ｈ ｎ ｔａ ｙｔｒｕｅ ｔ ｅ ｏ ｅ ． ｓｒ ｃ ：ｎ ｏｄ ｒｔ ｔｄ ｈ ｆ ｔ ｚｌ ｔ ｔｒ ｎ ａ ｒａ ｏ ｓｉ ｎ ｉ ｅ ｏｎ ｕ ｃ ｅ，ｔｅｕ ｓｅ ｄ ｕｂ ｌｎ ｔｆ ｗ ｇ ｎ ｉ ｌ
郝 宗睿 ，王 乐勤 ，周忠海
（． １ 山东省科学院 海洋仪器仪表研 究所， 山东 青岛 ２ ６０ ； ． ６ ０ １ ２ 浙江大学 化工机 械研 究所 ， 浙江 杭 州 ３ ０ ２ ） １０ ７
摘 要： 为研究喷管结 构对 射流噪声 的影 响 ， 采用 大涡模 拟对不 同截 面形状 喷 口形成 的非定常 湍射流场 进行 了数值模
第３ ３卷第 ８期
２１ ０ ２年 ８月
哈
尔
滨
工
程
大
学
学
报
Ｖｏ ． ３ Ｎ ． １３ ｏ ８
Ａｕ ． ０１ ｇ２ ２
பைடு நூலகம்
Ｊ ｕｎ ｌｏ ｒｉ ｎ ｉｅ ｒ ｇＵｎｖ ｒｉ ｏ ｒａ ｆＨａｂｎ Ｅ ｇｎ ｅ ｎ ｉｅｓｔ ｉ ｙ
喷射 流 场 及 其 辐射 声 场 数值 模 拟
ｃ ａ ｅ ｙ ｎ ｚ ｌｓ ｗｉｈ ｄｆｅ ｅ ｒｓ ．ｅ ｔ ｎ ｓ ａ ｅ ｓ ｎ ｍｅ ｉ ａｌ ｉ ｌｔ ｄ ｂ ａ ｇ ． ｄ ｙ ｓｍｕ ａ ｉｎ．Ｂａ ｅ ｎ ｒ ｔｄ ｂ ｏ ｚｅ ｔ ｉ ｒｎｔｃ ｏ ｓ ｓ ｃ ｉ ｈ ｐ ｓｗａ ｕ ｒｃ ｌ ｓｍｕ ａｅ ｙ ｌ ｒ ｅ ｅ ｄ ｉ ｌ ｔ ｆ ｏ ｙ ｏ ｓｄ ｏ
超燃雾化喷管内流场的数值模拟
时， 吸入 气体 减 速后 ， 度 会达 到 ５０ ０Ｋ 以上 ， 温 ０ 而
这个 温度下气 体对 普通 燃 料 已起不 到 助燃 作 用 ， 相 反燃料 在如此 高温 下会 热 解 ， 就使 这 些燃 料 能 量 这
释放不 出来 ， 不 到 保 持 飞行 的 目的 。因此 ， 达 就要
但 随着有 限元 理论 的不 断发 展 和 对 超 音 速 流 场 的
的超燃 冲压 发动机 燃烧 室 流场 非 常复 杂 ， 充满 了不
稳定 的激 波 系 、 胀 波 系 。特 别 是进 气道 、 离 段 膨 隔 产生的厚 边界 层 和 分 离 流 与燃 烧 室 中众 多 的 燃 料 射 流以及漩 涡结 构 的 相互 作 用 更 是增 加 了 流 场 的
本 文应用 Ｆ Ｕ Ｎ Ｌ Ｅ Ｔ软件 ， 用 风洞 中的 喷 管作 选 为模 拟对 象 ， 设 计 的 实 验 喷管 进 行 冷 态 数 值 模 对
拟， 并分 析其 中 的流 场 ； 即通 过 实 验 设 计 给 定 的拉
显然是行 不通 的 ， 因为 减 速 的气 流 同时会 使 其 温度 大大升 高 。例 如 ， 飞行 器 在 马赫 数 ５ 之０ １年 ４月
科
学
技
术
与
工
程
Ｖｏ．１ Ｎｏ ０ １ １ ．１
ｒ２０１ ． １
１７一 １１ （０ １ １—３４ ０ ６ ｌ ８ ５ ２ １ ） ０２ ８—５
Ｓ ｉｎ ｅ Ｔｅ ｈｎ ｌｇ ｎｄ Ｅｎｇｎ ｅ ｉｇ ｃｅ ｃ ｃ ｏｏ ｙ ａ ｉｅ ｒｎ
１ ． ０ ａ １ ． ０ ａ的模 拟 结 果 与设 计 值 ７ ８×１ Ｐ １９×１ Ｐ 和 ５ ６×１ Ｐ ． ０ ａ的模 拟 结 果 进 行 了 比较 ， 得 出设 计 的拉 瓦 尔 喷管 比 较 合 理 并
单喷管火箭自由喷流噪声数值模拟
Numerical Simulation on Free Jet Noise of Single-Nozzle Rocket
CHEN Jin-song, HE Guan-jie, WU Xin-yue, HE Jian-hua, JIA Yan-kui
(Beijing Institute of Aerospace Launch Technology, Beijing 100076，China)
这 些 强 喷 流 噪 声 主 要 由 燃 气 流 前 锋 带 动 的 大 涡 动 态 卷 吸 、燃 气 流 强 湍 流 脉 动 以 及 激 波 扰 动 引 起 。受 数 值 模 拟 网 格
分 辨 率 影 响 ，当 前 仅 能 保 持 中 低 频 段 声 压 级 数 值 模 拟 结 果 与 实 测 结 果 总 体 接 近 。
第41卷第3 期 2020 年 3 月
宇航学报
Journal of Astronautics
Vol.41 No.3 March 2020
单喷管火箭自由喷流噪声数值模拟
陈 劲 松 ，何 冠 杰 ，吴 新 跃 ，贺 建 华 ， 贾延奎
( 北京航天发射技术研究所，北 京 100076)
摘 要 ：利 用 非 定 常 燃 气 流 场 数 值 模 拟 方 法 ，研 究 超 声 速 喷 流 核 心 区 及 其 外 围 亚 声 速 区 燃 气 流 动 态 分 布 和 流 动 特 性 , 在 此 基 础 上 利 用 欧 拉 方 程 条 件 的 伽 辽 金 有 限 元 方 法 以 及 F W H 方 法 ，实 现 并 完 成 喷 流 噪 声 传 播 特 性amic flow and distribution characteristics of the gas flow in the core region of a supersonic jet and its adjacent peripheral subsonic region are studied by using the numerical simulation method of an unsteady gas flow field. On these bases, the numerical simulation of the jet noise propagation and emission characteristics is completed by using the FWH method and the Galerkin finite element method in solving the Euler equation. The numerical simulation results show that the propagation area of the strong jet noise follows the free advancing jet flow front. After the free jet flow field is relatively stable, the propagation area of the strong jet noise is mainly at the end of the equal-energy zone of free jet flow, and some small scale tests also have strong jet noise near the shock wave system of the free jet flow. The strong jet noise is mainly caused by the large eddy dynamic suction driven by the free advancing jet flow front, the strong turbulence pulsation of the gas flow and the shock disturbance. Due to the influence of the grid resolution of numerical simulation, only the numerical simulation results of the middle and low frequency sound pressure levels can be kept generally close to the measured results.
喷管射流流场的数值模拟方法综述(一)-RANS方法简介
６
喷管射流流场的数值模拟方法综述 （ ） 一
第 ３期
具 有一 定的局 限性 ，而且 Ｒ ＮＳ方法 只 能给 出湍流 流动 的平均信 息 。由此 ，能直接 模拟 引 Ａ 起 噪声 的湍流 脉动 项 的一种 新 方法 问世 ，这就 是 Ｌ Ｓ方法 。为 了应 用 Ｌ Ｓ方法更 好 的研 Ｅ Ｅ 究 气动 噪声 问题 ，这种 方法更 关注 于模拟湍 流脉动效应 。本文对 该方法应 用 于湍流射 流 流 场 数值模 拟进 行 了综述性 的讨论和 评价 。
李艳亮 （ 沈阳 １本文主要讲述 了国外 Ｃ Ｄ对喷流流场的研 究现状。无论是 简单的还是非常复杂的喷流流场 Ｆ
数 值 模 拟 ，一 直 沿 用 了雷诺 平 均 的 Ｎ— Ｓ方程 方 法 （ ｙ ｏｄ— ｖ ｒ ｅ ｖ ｒ Ｓｏ ｅ， ＡＮＳ） Ｒｅ ｎ ｌ Ａ ｅａ ｄＮａ ｉ — ｔｋ ｓＲ ｓ ｇ ｅ 。ＲＡＮＳ方
第 ２ 卷第 ３ ８ 期
２１ ０ ０年 ９月
气动研究与实验
ＡＥＲＯＤＹＮＡＭ Ｉ ＲＥＳ Ｃ ＥＡＲＣＨ ＆ ＥＸＰＥＲＩ ＥＮＴ Ｍ
Ｖ １８ ｏ ｏ２ ． ． ． Ｎ ３
Ｓ ｐ． ０ ０ ｅ ．２ １
喷管 射 流 流 场 的数 值 模 拟 方 法 综述 【 ） 一
ｍ
ＲＡＮＳ方法 简 介
引
言
随 着现 代 计 算流 体 力 学 的 ｌ 发展 ， 国外 开展 了大量 的发 动机 喷 管湍 流 射 流流 场 的 ｛ ｌ 速 Ｃ Ｄ 研 究工作 ，且取得 了大 量： 程 实用成 果 ，为推 力转 向技术 的工程 实用化 和 改进起 到 了 Ｆ ［ 巨大 的推 进作 用 。近 年来 ，为 了降低噪声 ，国外采 用 了许 多新 型喷管 概念 。如商用 客机 常 采用 的 ｃ ｅ ｒｎ 喷 管…。其 锯齿形 的边 缘增 强了尾气 的掺混 ，改变 了射 流 的湍流特 性 ，降 ｈｖｏ 低 了噪声 。 除此 以外 ， 还有一 些 降噪 的基 本措 施 ， 如等 离子 体激振 器 、 流引射 等 ， ｃ ｅ ｒｎ 射 与 ｈ ｖｏ 喷管 工作 原理类似 。 ａ ａ ｓｈ ｕ 】 设计 了一系 列喷管 技术 用来 改善 风扇 的流 场 。 目 Ｐ ｐｍｏｃ ｏ ［已经 其 的就 是改变 流体 方 向 以及减 弱 噪声等 ，用于 这些技 术 的主 要装 置包括 叶片 或者楔 块等 。这 些技 术的 实施都通 过 Ｃ Ｄ 来加 速检验 以及应 用于 工程领 域 。 Ｆ 现 今 Ｃ Ｄ 已经成功 扎根 于航空 设计 的各个领 域 。尽 管 Ｒ Ｆ ＡＮＳ方法采 用 的湍流模 型对 射 流 的模拟 有一 定 的局 限性 ，但是 目前绝 大 多数 用于 工程设 计 的 ＣＦ 都 采用 的是 Ｒ Ｄ ＡＮＳ 方 法 。近几 年 国外采用 许 多高级模 型开展 射流 流场模 拟 的： 作很 多 ，在一 定程度 上弥 补 了 ［ Ｒ ＮＳ方法 的不足 。 目前 ，一 个普遍 的 、适 用范 围广泛 的湍流 模型几 乎是 不存在 的 。所有 Ａ 的Ｒ ＡＮＳ湍流模 型都 是通过 湍动 能和局 部尺度 因子从 统计 学角度 来描述 湍流特 性 的 。 对 针 绝大 多数 射流 问题 ，线性 的两 方程模 型经 常使用 ，如 ｋ ｅ ｋ 模 型 。近 几年 ，为提 高湍 ． 和 一 流 射 流 流 场 中脉 动 项 的 捕 捉 能力 ， 人 们 一 直 致 力 于 研 究 非 线 性 的 显 式 代 数 应 力 模 型 （ ＡＳ 。但 是该 模型还 是采 用 的两 方程模 式 ，其缺 陷也 同线性 的两 方程模 型一 样 。基 于 Ｅ Ｍ） Ｒ ＮＳ方法 的噪 声预 测和分 析方法 ，其 强烈依赖 于 Ｒ Ａ ＡＮＳ计 算得来 的噪 声源 。这种 方法对 冷 喷流 得 到的结 果可信度 是 很高 的 ，但 是对于 热喷流 和非轴 对称外 形就 比较 差 了。 在 喷流 的数值模 拟 方面 ，直接 数值模 拟 （ ＮＳ Ｄ ）方法 直接计 算湍流 脉 动项而 不采 用任 何 的统 计模 型 ， 是 由于其计 算量 巨大 的原 因也 许在 未来 的某 一天 才能实 现 。相对 于 ＤＮＳ 但 方 法 ，Ｌ Ｓ方法 是 目前乃 至 以后 很长一 段时 间提 高喷流预 测效果 的较 理想方 法 。在过 去 的 Ｅ 十年 中，Ｌ Ｓ取得 长足 的进步 归功 于计算机 技术 的快速 发展 。Ｌ Ｓ是 一种 非定常 的数值 模 Ｅ Ｅ 拟方 法 ，它 直接 模拟大 尺度 涡结构 ，而小尺度 量通 过建立 模型 来确定 。这种方 法 能较好 的 模拟 流场 中 的大 涡 结构 ，提 高对 流场 的模拟 精度 。Ｌ Ｓ在 喷管 设计过 程 中，对 于射 流模 拟 Ｅ 和 降低 噪 声的评 估 能发挥 巨大 的作用 。 是 ， Ｌ Ｓ方 法应 用于 工程设计 还有 许 多工作和 但 将 Ｅ 细节 问题 需要探 讨 。 随着 Ｃ Ｄ 技术和 计 算机技术 的迅 猛发展 ，Ｃ Ｄ 已经成 为常规 的气动 分析 手段 。针对 Ｆ Ｆ 发 动机 喷管 的喷 流流场 ，Ｒ ＡＮＳ方法 在近 几年 已经成功 的应用 于气 动性 能评估 ，例如 推力 矢 量等 等 。现在 气动 噪声 问题 已经 日益 引起人们 的关 注 ，由排气 装置 和喷 流引起 的噪 声 已 经 成为 目前研 究 的主要 问题 。为 了能够 准确 的分析 噪声和 降低噪 声 ，Ｃ Ｄ 必须较 精准 的模 Ｆ 拟 湍流 的结构 （ 由其而 产生 的噪声 ） 。尽管 针对 Ｒ ＡＮＳ方 法 已经 进行 了长 久的和 有效 的改 进 工作 ，但 是其 湍流模 型对 于具有 显著 的三维性 、压 缩性 和高温 效应 的射流 流场 来说还 是
氧枪喷头LAVAL喷管内流场的数值模拟
值分别记为工况 ａｂ ｃｄ ｅ 、、、 、。
２ 模拟 结果 分析
２ １ 不 同的湍流 模 型对激 波模 拟结 果 的影 响 ． ｓＡ湍流 模 型 常用 于 大 梯 度 ， 壁 的气 体 流 动 ． 近 的数值模拟 ＿ 。而对于 Ｋ８ ２ ｊ 一 模型 ， 是针对高 Ｒ 且充 ｅ
分发展 的湍流流动建立 的， 于低 Ｒ 计算 中会 出 对 ｅ 现 问题 ＿ 。 ＫＯ模 型 计 算 量 小 ， 界 条 件 处 理 简 ３ ｊ ． 边 单Ｍ 。但对于湍流模型应用于 Ｌｖｌ ］ ａａ 喷管内超音速
了
从 图 ２可见 ， 种 模 型 的模 拟 结 果 有一 定 的偏 几
设计 工况 压 力 Ｐ 。为 ０７ ８Ｍ ａ （ ） 外 产 生膨 胀 ．９ Ｐ ； ５ 管
波 时的入 口处滞 止压 力 Ｐ ０ ７ ８ＭＰ 。 ｏ＞ ． ９ ａ
差， 虽然 产生 激波 的位 置几 乎相 同 ， 标 准 的 Ｋ 模 但 吧 型 、— 型 的模 拟结 果不 够 理 想 ， 波 前后 马 赫 数 ＫＯ模 激 的变 化相 对 于其他 ３种 模 型 比较 缓 慢 ， 且 激 波 的 而
利 用 Ｆｕｎ 的建 模 工 具 Ｇ ｍ ｉ建 立 三 维 轴 对 ｌｅｔ ａ ｂｔ 称 的 Ｌ ｖｌ 管 模 型 ， 虑 到整 个模 型 完 全 是 轴 对 ａａ 喷 考 称 的 ， 以只做一 半 的模 型 （ １ ） 所 图 ｂ。 １２ Ｌｖｌ 管 流 动 划 界 压 力 ． ａａ 喷 的确定 Ｌｖｌ 管 出 口直 径 ｄ ， ａａ 喷 喉
（ ｔ ｉ ｃ ｏｌ ｉｏｉｇＵ ｉｅ ｉ ｆ ｃ ｎｅａｄＴ ｃｎｌｇ ， ｎｈｎ１４ ５ ） Ｍａ ｒ ｌ ｈｏ，Ｌａｎｎ ｎ ｒ ｔ ｏ Ｓｉ ｃ ｎ ｅｈｏｏｙ Ａ ｓａ １０ ｅ ａＳ ｖ ｓｙ ｅ １
射流噪声抑制的数值方法——共轴射流的研究
互段 、 混合段。 其中初始段包含了主流和次级流的核 心。 在初 始 区域 内 ， 主流 和次级 流 的剪 切层 以及 次级 流和 外界 环境 的剪切层 是 两个 主要 的 噪声来 源 。 在射流下游是混合段 ， 这个 区域是产生低频噪 声 的主要 区域 ， 初始 段 和混合 段之 间是交互 段 ， 在 在
的认识 。
图 ｌ 共轴 喷管射 流流场示意 图
１ 问题 描 述
１ １ 流场特 点 ．
１２ 计算模型及网格 ．
表 １给 出马 赫数 为 ０７ ．５时 射流 入 口的条 件 ， 单 喷管 的直 径 为 ５ ｍ， ０ｍ 共轴 喷管 的 主 喷 管直 径 为 ５ ０ ｍ 次 级喷 管为 ８ ． ｍ。 ｍ， ６６ｍ
关
键
词： 飞行 器 ； 算 流体 力 学 ； 计 评估 ； 轴射 流 共
文 献标 识码 ： Ａ 文章 编号 ：０ ０２ ５ （０ １ ０ －７ ２０ １ ０ ７ ８ ２ １ ）５０ ７ －５ 的速 度 比为 Ａ（ｐｖ） 面积 比为 Ａ （ Ａ ） 共 轴喷 Ｕ ， ／ Ｒ Ａ／ 。
裴 曦， 徐 敏 ，陈志敏
７０ ７ ） １０ ２
（ 西北工业大学 ， 西 西 安 陕
摘
要： 由于喷 气飞机 中发 动机 产生 的气动噪 声是 飞行 时的主要 噪 音之 一 ， 因此射 流噪 声的研 究具 有
重要的意义。文章结合 Ｃ Ｄ技 术与气动噪声时域理论求解共轴喷管的射流噪声。首先采用雷诺平 Ｆ 均 Ｎ Ｓ方程 求解 器对射 流的三 维流场进行 了数值模 拟 。通 过数值 模 拟 ， － 得到 了共 轴喷 管马 赫数 为 ０ ．
面 的影 响 ， 因此 需 要 采取 各 种 措 施 来 抑 制 噪 声 的产 生… 。而对 于亚 音速 的 喷 气 飞 机 ， 动机 中增 加 的 发
复杂几何形状喷管内外三维流场的数值模拟
复杂几何形状喷管内外三维流场的数值模拟摘要：本文研究了利用数值模拟来研究复杂几何形状喷管内外三维流场的研究。
我们利用一个特殊的不可压缩的流动模型来获取内外流场的属性，并利用三维数值模拟来提供相关结果。
结果表明，复杂几何形状喷管内外三维流场有利于增加流动湍流，从而使内部流场更加复杂。
关键词：复杂几何形状、喷管、流场、数值模拟正文：本文以复杂几何形状喷管内外三维流场为研究对象，利用数值模拟技术进行研究。
选用一个特殊的不可压缩性流动模型来定义内外流场的速度场和压力场，利用三维数值模拟的方法来求解流动问题。
研究了流场中不同的几何形状对流动特性的影响，如流动湍流、能量放大和压力分布等。
分析了喷管内外的流动特性，包括内部的局部混合情况，以及喷管内外壁面上的属性。
最后，总结了复杂几何形状喷管内外三维流场的规律。
复杂几何形状喷管内外三维流场的数值模拟可以用于众多工业领域，特别是催化剂、储油技术和流体动力学相关领域。
例如，可以用来模拟复杂几何形状喷管内外流场特性，为提高催化剂的催化效率提供有益的信息；对于储油技术而言，可以利用数值模拟技术来模拟三维流场特性，根据油地质特征和泄漏方式来预测不同油层的油量和渗透率；此外，流体动力学也可以应用此技术，例如模拟和分析涡轮增压器的流动质量和压力，以及辅助人们在流体发动机设计过程中精确优化流场特性。
另外，复杂几何形状喷管内外三维流场的数值模拟还可以应用于航空航天、医学诊断、重力潮汐和地质勘探领域。
因此，复杂几何形状喷管内外三维流场的数值模拟技术可以作为测试和优化各种工程问题的一种重要手段，这也为物理研究提供了很多有价值的信息，这些信息可以应用到工程实践中去，让我们能够利用有限的资源实现更高效的工程实现。
复杂几何形状喷管内外三维流场的数值模拟技术还可以应用于卫星微重力测量领域。
通过使用复杂几何形状的喷管，可以精确地模拟微重力场，更准确地预测重力影响范围等。
例如，可以模拟宇宙空间环境下太阳系物体之间的重力影响，以此来改善宇航轨道计算，增强宇航器的操纵性能。