HYLTE喷管流场混合性能的实验和数值模拟研究
第16卷 第10期强激光与粒子束Vol.16,No.10 2004年10月HIGH POWER LASER AND PARTIC LE BE AMS Oct.,2004 文章编号:100124322(2004)1021240205H YL TE 喷管流场混合性能的实验和数值模拟研究Ξ施建华, 姜宗福, 袁圣付, 华卫红(国防科学技术大学定向能技术研究所,湖南长沙410073) 摘 要: 用激光诱导碘荧光的方法对高超音速低温喷管的混合性能进行了测量,并用CFD 软件F LUE NT模拟了喷管的流场。
两种方法所得的结果吻合得较好,在所给的参数条件下,燃料穿过氧化剂流,后者先被前者压缩,然后稍有膨胀。
两股气流充分混合的地方距喷管出口平面10mm 左右。
实验与模拟的主要差别在于两股气流相遇后,实验结果中气流方向变化不大,而在模拟结果中,气流方向改变为基本上与x 轴平行。
关键词: 高超音速低温(HY LTE )喷管;混合性能;激光诱导碘荧光(LIIF );荧光强度;数值模拟;摩尔分数 中图分类号: T N248.5 文献标识码: A 氟化氘/氟化氢(DF/HF )化学激光器是目前连续出光功率最高的激光器之一,它以效率高、体积小、不需要外部能源等优点而倍受世界各国科学界的关注。
然而随着功率的提高,激光器的尺寸越做越大,实验成本急剧上升,因此数值模拟方法在激光器的设计和研制中得到越来越广泛的应用,但数值模拟毕竟是一种近似方法,其结果需要与实验进行比较。
喷管的混合情况是影响连续波DF/HF 化学激光器性能和效率的一个主要因素。
本文用激光诱导碘荧光(LIIF )法测量了目前被广泛使用、效率最高、代表化学激光器喷管发展方向的高超音速低温(HY LTE )喷管的混合情况,并用商用CFD 软件F LUE NT 对该流场进行了数值模拟。
通过分析两种方法所得到的结果,了解喷管的混合性能,并对该软件计算结果的精确性给出评价。
1 喷管的结构和入口参数表1 喷管的结构参数T able 1 Structure p arameters of nozzle nozzle α/(°)β/(°)l /mm h /mm oxidant 45.0016.620.4000.200fuel 18.0515.00 1.0200.508diluent 24.8215.000.9960.254表2 各喷管的入口总压T able 2 Total pressure at each nozzle ’s inlet nozzle oxidant fuel diluent pressure/MPa 0.040.250.20 目前,在燃烧驱动CW DF/HF 化学激光器中广泛使用的是HY LTE 喷管,它通过横向射流使反应面扭曲,喉道高度很小。
其氧化剂喷管为一型面喷管,在氧化剂喷管的扩张段,沿气流流动的方向,依次为稀释剂喷管和燃料喷管,三者均为Laval 喷管,其中氧化剂喷管为平面对称,其余两种为轴对称,其结构可参阅参考文献[1]。
各喷管的收缩角α、扩张角β、等截面长度l 以及喉道高度h 的大小见表1。
在氧化剂喷管的同一型面上,燃料喷管和稀释剂喷管(统称为副喷管)的对称轴相互平行,之间的距离为3.172mm ,它们与氧化剂喷管的轴线之间的夹角为25°。
副喷管在氧化剂喷管的两侧交错排列,周期为5mm 。
各喷管的入口总压见表2。
2 喷管混合性能的实验测量 激光诱导碘荧光是一种非常好的流场测量技术,在化学激光器的流场测量中得到广泛的应用[2～4]。
DF/HF 化学激光器中含有氘/氢等活性极强、极易与碘发生反应的原子,实验中用氦气代替原来的气体,并向其中一股气流中加入少量的碘气体。
用激发激光照射流场,通过拍摄流场中碘分子的荧光图,就可以知道含碘分子气流的走向,从而得到流场的混合情况。
考虑碘的消耗量、碘可能对喷管造成腐蚀的影响以及气流在流场中的作用,本实验在燃料流中加入碘分子。
实验装置如图1所示。
514.5nm 的氩离子激光经一圆孔光阑照射到柱透镜上,光束沿一个方向展开。
流Ξ收稿日期:2004203224; 修订日期:2004205231基金项目:高等学校先进教师基金资助课题作者简介:施建华(1976—),女,江苏盐城人,博士生,目前主要从事强激光技术研究;E 2mail :gexin7651@ 。
场前端的狭缝光阑用于控制片光的厚度,即测量的空间精度。
Fig.1 Schematic diagram of experimental set图1 实验装置图 作为燃料的氦气从高压气瓶出来并经过一个放在恒温槽中、装有碘晶体的铝盒后,分两路进入燃料喷管,碘气体的浓度由恒温槽的温度来控制。
实验过程中,恒温槽的温度不变,两次实验之间要留有足够的时间,以保证在此过程中燃料喷管内的气体的质量分数稳定。
在铝盒的底部放一聚四氟乙烯薄膜,以防碘腐蚀铝盒。
铝盒内置一铜网,以防碘颗粒被氦气卷起,堵塞后续的管道。
从碘盒到燃料喷管入口处的气路要加热,以防止碘蒸气在管路中重新结晶成为碘颗粒。
作为氧化剂和稀释剂的氦气直接从高压气瓶进入相应的喷管入口。
喷管入口压强是影响流场的一个重要参数,因此,在每个喷管的入口处都有一个高精度的压力传感器,以精确测量入口压力。
为了保证每次实验各入口压力一致,在高压气瓶的减压阀下游装一开关。
在实验开始前,将减压阀调到所需要的值,实验中不再调整,靠下游的开关来控制气体的开启与关闭。
激发激光(即氩离子激光)会对荧光信号造成很大的影响,因此,在数码相机前加一片对650～700nm 之间的光高透的滤光片。
为了减小背景光的影响,实验应在暗室中进行。
由于石英玻璃在514.5nm 的氩离子激光激发下同样发出红色荧光,实验中采取先拍摄没有流场的背景图,再拍摄流场的荧光图,用后者减去前者来消除背景光、玻璃荧光等对信号的影响。
实验的残余碘气体对下一次实验有很大的影响,有时甚至将信号埋没,因此,每次测量后都要用氦气对所有的气路进行冲洗。
作为燃料流的氦碘混合物中碘的摩尔分数和质量分数分别为χI 2=p I 2p I 2+p He (1)w I 2=M I 2χI 2M I 2χI 2+M He χHe =M I 2p I 2M I 2p I 2+M He p He (2)式中:M I 2,M He 分别为碘和氦的相对分子质量。
氦气的压强可以从压力传感器中读出,碘气体的分压p I 2是通过碘颗粒的温度(恒温槽的温度)计算出来。
根据文献[5]中的数据(未用最后一组数据),拟合出碘蒸气压随温度的关系为p I 2=54.23×e t/21.08-279.28(3)t 为碘分子的温度,单位为℃。
实验时,恒温槽的温度为70℃,根据(3)式计算出此时碘气压为1216.2Pa 。
由于它与燃料喷管的入口气压相比非常小,可以认为氦气的压强p He 为2.5×105Pa 。
将数值代入(2)式计算出作为燃料的混合气体中碘气体的质量分数w I 2为0.234。
1421第10期 施建华等:HY LTE 喷管流场混合性能的实验和数值模拟研究3 喷管流场的数值计算 HY LTE 喷管的结构较为复杂,直接对其进行数值模拟很难得到收敛的解。
本文做了必要的修改,将燃料喷管略向前移,使其出口避开叶片的边缘。
图2(a )给出了对称面即z =0mm 平面的结构和网格划分,O ,D ,F 分别表示氧化剂、稀释剂和燃料喷管。
根据实验室现有的计算条件,我们采用了分段模拟的方法,即先模拟出氧化剂喷管、燃料喷管和稀释剂喷管流场的前端,然后将前端的结果通过一个截面(位于各喷管的扩张段)耦合到后端,燃料喷管和稀释剂喷管耦合面上的网格见图2的(b )和(c ),从而计算出整个流场。
根据HY LTE 喷管的特征,本文只计算了半个周期的流场。
Fig.2 S tructure and the grid of the m odified HY LTE nozzle图2 修改后的HY LTE 喷管结构和网络划分示意图 喷管内气体用Navier 2Stokes 方程组来描述。
在DF/HF 化学激光器中,混合气体以超音速的速度流过光腔,根据气体可压缩性的判断标准,混合气体的密度按可压缩模型计算,即ρ=(p op +p )/RT ,p op 为工作压力,在本计算中取值为0;p ,T 分别为当地静压、静温;R 为气体常数。
混合气体的粘度μ和热传导系数λ根据理想气体混合理论计算。
光腔后端接真空罐,因此压力出口边界设定为超音速出口边界条件,即自由边界条件。
壁面温度取300K,壁面的热通量为0。
4 两种方法所得结果分析 激发激光的功率和碘分子的密度是影响荧光强度的两大重要因素。
为了准确掌握碘分子的分布情况,首先要了解激光功率的分布。
将被测区域中充满静止的碘气体,用激光照射,拍摄此时的碘分子荧光图,发现碘荧光的强度变化不大。
因此,可以认为,在被测区域内,激发激光的功率是均匀分布的。
在对实验结果分析时,忽略其对荧光强度造成的影响,认为荧光强度仅为碘分子密度的函数。
为了使结果更加清晰,通过程序,将实验得到的黄红彩色荧光图转换为灰度图,并将信号放大10倍。
图3给出了垂直z 方向在z =0和z =1.25mm 两个平面上流场的分布情况。
上面两幅为实验得到的碘分子荧光图,其中标尺单位为cm 。
受条件的限制,实验中没有拍摄到喷管出口平面处的荧光,荧光的起始位置距喷管出口平面5mm 左右。
下面两幅为数值计算得到的碘分子摩尔分数的分布情况。
总体上,两种方法所得的结果一致,在表2所给的参数条件下,燃料穿过氧化剂流,后者首先被前者压缩变窄,然后稍有反弹。
根据数值模拟得到的碘分子等值线的形状,这一结论是显而易见的。
在实验结果中,由于喷管的出口高度为10mm ,而图3右上图的两股荧光之间的距离为2mm ,在x 坐标为67～68mm 处荧光相对平缓,由此可以推断出上述结论。
实验和计算结果表明,燃料和氧化剂混合比较充分的地方并不在喷管的出口平面,而在与其相距10mm 左右处。
激光光斑在y 方向的边缘不是一条直线,而是呈“丫”字型,这一点与本台激光器的光斑[6]完全一致。
比较两种方法所得结果可知:碘分子的摩尔分数在8级左右(见图3(b )上面的等级标注)可以拍摄到荧光图。
2421强激光与粒子束第16卷Fig.3 Fluorescence photograph of the flow field perpendicular to z direction图3 垂直z 方向的流场变化情况 在光腔内,气流方向与x 轴的夹角,实验结果大于模拟结果,这应该是由于模拟中将燃料喷管前移所致。
在实验结果中,燃料气流在穿过氧化剂流后,气流方向没有明显改变,而在模拟结果中,两股气流相遇后,燃料基本上沿x 轴方向流动,这在z =1.25mm 的平面上显得尤为明显。
环管喷射反应器气相流动数值模拟
环管喷射反应器气相流动数值模拟
陈中;黄健华;刘青
【期刊名称】《石油化工》
【年(卷),期】2000(029)003
【摘要】利用三维k-ε湍流模型,建立了数值解法和计算程序,对环管喷射反应器混合室流动场进行了冷态数值模拟研究.模型成功地预报了混合室流动特性以及气流平均速度和压力的分布.为环管喷射反应器的设计、放大提供了理论依据.
【总页数】6页(P195-199,226)
【作者】陈中;黄健华;刘青
【作者单位】武汉化工学院,化工系,湖北,武汉,430074;武汉化工学院,化工系,湖北,武汉,430074;北京燕山石油化工有限公司,北京,102550
【正文语种】中文
【中图分类】TQ018
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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。
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《2024年基于拉瓦尔效应的气水两相喷雾数值模拟研究》范文
《基于拉瓦尔效应的气水两相喷雾数值模拟研究》篇一一、引言随着现代工业和能源技术的不断发展，气水两相喷雾技术已成为众多领域中不可或缺的关键技术之一。
拉瓦尔效应作为气水两相喷雾技术的重要理论基础，其研究对于提高喷雾效率、优化能源利用等方面具有重要意义。
本文旨在通过数值模拟方法，对基于拉瓦尔效应的气水两相喷雾进行深入研究，以期为相关领域的技术研发和应用提供理论支持。
二、文献综述在过去的研究中，气水两相喷雾的数值模拟已经取得了丰硕的成果。
在探讨喷雾过程中，拉瓦尔效应扮演着至关重要的角色。
拉瓦尔效应即通过喷嘴将高压气体与液体混合并加速，从而在喷嘴出口形成超音速喷雾。
相关研究表明，合理的喷嘴设计和操作条件对于提高喷雾效率、优化能源利用具有重要意义。
然而，现有的研究仍存在一些不足。
例如，在气水两相喷雾的数值模拟中，对喷嘴内部流场、喷雾形态、雾化效果等方面的研究还不够深入。
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因此，本文将基于拉瓦尔效应，对气水两相喷雾进行更深入的数值模拟研究。
三、研究内容1. 模型建立与假设本研究采用数值模拟方法，建立气水两相喷雾的物理模型。
假设喷嘴内部流场为稳态、一维流动，忽略喷嘴内部的热传导和热辐射效应。
同时，考虑到实际工况的复杂性，对喷雾过程进行合理的简化和假设，以便于数值模拟的实现。
2. 数值方法与软件本研究采用计算流体动力学（CFD）方法进行数值模拟。
选用合适的湍流模型、多相流模型以及喷雾模型等，以描述气水两相喷雾的流动特性和雾化效果。
利用专业的CFD软件进行建模、求解和后处理，以获得喷雾过程的详细信息。
3. 喷嘴设计与操作条件喷嘴的设计和操作条件对于气水两相喷雾的特性具有重要影响。
本研究将设计不同结构参数的喷嘴，如喷孔直径、喷孔数量、喷孔间距等，以探究其对喷雾效果的影响。
同时，还将研究操作条件（如气体压力、液体流量等）对喷雾特性的影响。
4. 模拟结果与分析通过数值模拟，获得气水两相喷雾的流场分布、喷雾形态、雾化效果等详细信息。
过热水喷流发动机喷管中的流动数值模拟与基本特性分析
过热水喷流发动机喷管中的流动数值模拟与基本特性分析张哲;陈伟政;颜开
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【总页数】8页(P413-420)
【作者】张哲;陈伟政;颜开
【作者单位】中国船舶科学研究中心, 江苏无锡 214082;中国船舶科学研究中心, 江苏无锡 214082;中国船舶科学研究中心, 江苏无锡 214082
【正文语种】中文
【中图分类】O352
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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
喷管分离流流动_热_结构顺序耦合数值模拟及试验研究
喷管分离流流动－热－结构顺序耦合数值模拟及试验研究胡海峰1 ，鲍福廷1 ，王艺杰2 ，强1 ，刘旸1( 1．西北工业大学航天学院，西安710072; 2．西安航天动力研究所，西安710100)摘要: 针对大膨胀比喷管气流分离状态下喷管所受的复杂载荷，采用数值方法分析喷管结构。
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关键词: 大膨胀比喷管;流－热－结构耦合;数值模拟; 气流分离; 试验中图分类号:文献标识码:文章编号:1000-1328( 2011) 07-1534-08V434 ADO I:10．3873 /j．i ss n．1000-1328．2011．07．015N ozz l e Flow Se p a r a t i o n F l u i d-Th e r m a l-S t r u c t u r e Load T r a n s f e r C o up l e dAn a l y s i s and T es t R ese a r c hHU H a i-fe n g1，BAO Fu-t i n g1，WANG Y i-ji e2，C A I Q i a n g1，L I U Y a n g1( 1．Co ll e ge of A st ro n a u t i c s，N ort h we st e r n Po l yt ec hn i c a l Un i ve rs i t y，X i’a n 710100，C h i n a;2． X i’a n A e ro sp ace Pro pu l s i o n I n st i t u t e，X i’a n 710100，C h i n a)Ab s tr ac t: A num er i ca l study on n ozz l e f l o w se p a rat i o n i s p rese n te d． The f i n i te vo l um e m e tho d，th e 2 order up w i nd sch em e，SS T k －ωt u r bu l e n ce m o d e l and enhanced wa ll f un ct i o n are e mp l oye d to so l ve th e N av i e r-Sto k e s and hea t tran sfer e qu at i o n s． In order to so l ve the f l o w f i e l d and o b ta i n the wa ll te mp era tu re d i str i bu t i o n s，num er i ca l m o d e l s have b een d eve l o p e d i n co r p o rat i n g b o th so li d and fluid re g i o n s． These two re g i o n s are co up l e d，eac h one p rov i d es a boundary co nd i t i o n for the o the r，and th e so l u t i o n of the co up l e d p ro b l e m has been ac h i eve d． The f i n i te e l e m e n t me th od (FEM) i s used in the tra n s i e n t stat i c stru ctu re a n a l ys i s under bo th t h er m a l l oa d and the pressure l oa d．The f l u i d-t h e r m a l-str u ct u re l oa d tra nsfe r co up l e d a n a l ys i s has been rea li ze d． For the purpose of i n vest i gat i o n the num er i ca l me th od，b o th C FD s i mu l at i o n and e x p e r i m e n ta l test have be down on a g i ve n over-expanded roc ke t n ozz l e．The s i mu l at i o n re s u l t revea l s t h at the gas in the n o zz l e i s se p ara te d．D ra m at i c te mp era tu re and pressure gra d i e n ts are found in th e se p a rat i o n zo n e，w h i c h l ea d s to h i g h stre ss．The co mpu ted res u l ts are va li d ate d w i t h e x p e r i m e n ta l d ata．The ca l c u l ate d pressure in the n o zz l e compare favo ra b l y w i t h e x p e r i m e n ta l d ata．P l ea sa n t a gree men t be tween th e p re d i c te d f l o w se p a rat i o n l ocat i o n and the d ata l e nd s sup port to the effect i ve n e ss of t h i s m et h o d．K e y w o r d s: Over-expanded roc ke t n ozz l e;F l u i d-t h er m a l-str u ct u re co up l e d a n a l ys i s;Num er i ca l s i mu l at i o n; Gas sepa ra te d; Te st收稿日期: 2010-12-01;修回日期: 2011-03-31基金项目: 国家自然科学基金( 51005179)第 7 期胡海峰等: 喷管分离流流动 － 热 － 结构顺序耦合数值模拟及试验研究1535SST ( k － ω) 模型在近壁处采用 Wil cox k － ω 模式，在 边界层边缘和自由剪切层采用 k － ε 模式，其间通过 一个混合函数来过渡。
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前混合水射流喷嘴流场的数值模拟简董星;刘雨庆;李金林【摘要】为了获得前混合水射流喷嘴内外流场的流动特性,利用Fluent软件对喷嘴内外流场进行数值模拟。
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结果表明:在内流场,喷嘴出口处流场最大轴向动压强和最大轴向速度随着喷丸压力的增加而增大,且同一喷丸压力条件下水流场最大轴向动压强小于弹丸流场最大轴向动压强,水流场最大轴向速度大于弹丸流场最大轴向速度;在外流场,水流场和弹丸流场最大轴向速度随着靶距的增加而减小。
【期刊名称】《黑龙江科技大学学报》【年(卷),期】2016(000)005【总页数】6页(P558-563)【关键词】前混合水射流;喷嘴;流场;数值模拟【作者】董星;刘雨庆;李金林【作者单位】黑龙江科技大学机械工程学院【正文语种】中文【中图分类】TP69前混合水射流喷丸强化技术是近十几年来迅速发展起来的一项新技术，它的应用范围日益广泛，目前已应用在机械、水力及石油等众多领域[1-3]。
其基本原理是将前混合水射流携带的巨大能量以特定的方式高速喷射到金属零构件表面上，使零构件表层材料在再结晶温度下产生塑性形变，呈现出理想的组织结构和残余应力分布，以达到提高零构件周期疲劳强度及抗应力腐蚀的目的[4]。
喷嘴是前混合水射流喷丸强化系统中将工作介质的压能转化为动能的关键元件，其性能直接影响射流品质和喷丸强化质量。
喷嘴流场始终是水射流工作者研究的热点问题之一。
但由于喷嘴喷出的混合水射流是紊态的复杂流动，所以理论分析难以求得高精度的解析解，实验测量难度较大、成本高，而计算流体动力学的发展为解决这一问题提供了有效方法[5-8]。
因此，笔者应用Fluent软件对喷嘴全流场进行数值模拟，探究喷丸压力及靶距对水流场和弹丸流场的影响，拟为研究前混合水射流喷丸强化喷嘴流场流动特性提供技术基础。
固体火箭发动机喷管两相流场与结构温度场一体化数值模拟与软件实现
固体火箭发动机喷管两相流场与结构温度场一体化数值模
拟与软件实现
摘要：为准确、高效地进行固体火箭发动机的喷管结构设计与性能分析，考虑两相流场和结构温度场之间的相互影响，采用有限差分方法求解二维轴对称两相欧拉方程组，进行喷管气体一颗粒两相无黏流动数值模拟；采用有限元法求解二维轴对称瞬态导热微分方程，进行喷管复合结构温度场数值模拟；根据面向对象编程思想，采用VC++以人机交互的工作方式实现喷管内型面和结构设计，并完成有限差分网格和有限元网格的自动划分和显示；通过数值模拟方法与面向对象软件设计方法的有效结合，实现二维轴对称喷管两相无黏流场和复合结构温度场的一体化数值模拟。
数值模拟结果表明，该方法有助于在统一的软件平台上充分利用计算机辅助技术完成喷管性能与结构的综合评估，可以用于固体火箭发动机喷管的工程设计。
关键词：固体火箭发动机；喷管；两相流场；温度场；数值模拟；有限元法；有限差分
中图分类号：V435；TB115
文献标志码：A。
超音速分离线喷管内流场数值模拟
超音速分离线喷管内流场数值模拟李鑫;李耿;王周成;张飞;赵康;刘元敏【摘要】采用数值方法求解超音速分离线(SSSL)喷管内流场,研究了不同摆角对喷管流场分布的影响,对比分析超音速分离线与亚音速分离线喷管的轴向推力、径向推力及偏转放大因子随喷管摆角的变化规律,为超音速分离线喷管的设计研究提供理论参考.计算结果表明,摆动对超音速分离线喷管内流场影响显著,随着摆角的增大,内流场的非对称性和激波强度均增加;在相同摆管的轴向力分力略有减小,而径向分力则呈现增大的趋势;超音速分离线喷管与亚音速分离线喷管的径向分力比值,即偏转放大因子则随喷管摆角呈先增大、后减小的变化规律,本算例中的最佳放大因子1.36,对应的喷管摆角为2.5°;另外,随着摆角增大,超音速分离线喷管内流场Al2 O3粒子分布的非对称特性也逐渐加强,活动体小端局部范围粒子浓度显著增大.【期刊名称】《固体火箭技术》【年(卷),期】2019(042)004【总页数】8页(P433-439,475)【关键词】超音速分离线喷管;亚音速分离线喷管;放大因子;数值模拟;粒子浓度【作者】李鑫;李耿;王周成;张飞;赵康;刘元敏【作者单位】中国航天科技集团有限公司四院四十一所,西安 710025;中国航天科技集团有限公司四院四十一所,西安 710025;中国航天科技集团有限公司四院四十一所,西安 710025;中国航天科技集团有限公司四院四十一所,西安 710025;中国航天科技集团有限公司四院四十一所,西安 710025;中国航天科技集团有限公司四院四十一所,西安 710025【正文语种】中文【中图分类】V231.20 引言超音速分离线喷管(Supersonic Splitline Nozzle)是固定部分与可动部分之间的分界线位于喷管超音速区域的一种矢量喷管[1]。
相比亚音速分离线喷管，具有零部件数量少、结构简单、偏转效率高以及能够减小发动机后开口尺寸等一系列优点，欧美等发达国家在这一领域开展了较系统的研究，并在多发战术发动机和大型发动机上进行了热试车[2-6]。
喷管两相湍流数值模拟及湍流模型性能评估
喷管两相湍流数值模拟及湍流模型性能评估陈良兵;廖紫默;刘难生;万振华【期刊名称】《固体火箭技术》【年(卷),期】2024(47)1【摘要】研究固体火箭发动机喷管中颗粒质量流率对两相流的影响规律以及不同RANS模型对该问题的预测性能,可为喷管设计等工程应用提供重要参考。
在欧拉-拉格朗日(Euler-Lagrange)框架下,通过3D大涡模拟(3D LES)研究了颗粒质量流率对喷管两相流场的影响规律,以3D LES结果作为参考依据,分析了不同RANS模型针对喷管两相流在2D轴对称和3D模拟中的性能。
结果表明:由于扩张段内颗粒集中在中轴线附近区域,颗粒质量流率越大,该区域马赫数越低,温度越高;壁面附近存在无颗粒区,故边界层内流动几乎不受颗粒影响。
另外,采用不同湍流模型计算得到的颗粒分布与LES基本相同。
在2D轴对称RANS模拟中,发现RNG k-ε模型所预测的气相质量流率和喷管比冲与LES结果吻合最好;在高颗粒质量分数下(约30%),不同湍流模型预测的相对比冲损失差别可超过3%。
在3D RANS模拟中,发现Realizable k-ε模型表现出最佳的综合性能,所预测的物理量沿中轴线分布的准确性均优于其他模型。
当颗粒质量分数约为31.2%时,Realizable k-ε模型所预测的比冲为与LES结果相比误差仅1.56%。
【总页数】11页(P24-34)【作者】陈良兵;廖紫默;刘难生;万振华【作者单位】中国科学技术大学近代力学系【正文语种】中文【中图分类】V435【相关文献】1.计算流体力学湍流模型在喷管流场数值模拟中的比较2.不同湍流模型在射流推力矢量喷管数值模拟中的比较分析研究3.双尺度二阶矩两相湍流模型和水平槽道内两相流动的数值模拟4.喷管二维跨声速两相湍流流场的数值模拟5.两相湍流色噪声扩维法PDF模型及数值模拟因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。