本文關(guān)鍵詞：0.6米激波風(fēng)洞馬赫數(shù)8噴管設(shè)計(jì)及數(shù)值計(jì)算

  更多相關(guān)文章： 高超聲速 噴管設(shè)計(jì) 特征線法 非完全氣體效應(yīng) 數(shù)值模擬

【摘要】：激波風(fēng)洞是開展高超聲速空氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)的重要設(shè)備,廣泛應(yīng)用于高馬赫數(shù)和高雷諾數(shù)條件下的氣動(dòng)力/熱實(shí)驗(yàn)研究。高超聲速噴管是形成激波風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)流場(chǎng)的關(guān)鍵部件,決定著實(shí)驗(yàn)氣流的品質(zhì)。本文在0.6米激波風(fēng)洞試驗(yàn)平臺(tái)改造的背景需求下,開展了馬赫數(shù)8噴管設(shè)計(jì)與數(shù)值計(jì)算研究,為擴(kuò)展該風(fēng)洞馬赫數(shù)運(yùn)行范圍和改善流場(chǎng)品質(zhì)提供支持。主要研究?jī)?nèi)容包括:(1)采用特征線理論加邊界層修正的方法設(shè)計(jì)了馬赫數(shù)8噴管型線。噴管膨脹段的型線設(shè)計(jì)基于Sivells方法,壁面邊界層修正基于Edenfield方法,在這兩種方法基礎(chǔ)上,根據(jù)激波風(fēng)洞高總溫、高總壓的運(yùn)行特點(diǎn),考慮了氣體非完全效應(yīng)的影響。噴管收縮段型線設(shè)計(jì)采用移軸的維托辛斯基(Witoszynski)公式。整個(gè)設(shè)計(jì)過程采用Fortran語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)。(2)為檢驗(yàn)所設(shè)計(jì)噴管的內(nèi)流場(chǎng)均勻性和出口流場(chǎng)品質(zhì),使用CFD軟件在設(shè)計(jì)工況下對(duì)噴管流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬。對(duì)CFD計(jì)算中所選用的氣體模型、湍流模型等具體方法,利用激波風(fēng)洞現(xiàn)有噴管的實(shí)驗(yàn)校測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了可靠性驗(yàn)證。CFD計(jì)算結(jié)果表明,噴管內(nèi)氣流膨脹均勻,出口馬赫數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)值,出口流場(chǎng)品質(zhì)優(yōu)于激波風(fēng)洞流場(chǎng)品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。(3)結(jié)合噴管加工、裝配以及在風(fēng)洞中實(shí)際使用情況,針對(duì)噴管壁面容易出現(xiàn)的缺陷特征進(jìn)行了CFD數(shù)值模擬,分析了管壁缺陷對(duì)噴管流場(chǎng)品質(zhì)的影響。本文考慮了兩類缺陷,一是需要經(jīng)常更換的噴管喉道段與下游噴管的之間容易出現(xiàn)的順向或逆向臺(tái)階,二是噴管分段加工再組裝以后在連接處存在的微小凹槽。CFD計(jì)算結(jié)果表明,喉道段末端臺(tái)階形成的干擾,對(duì)噴管的內(nèi)流場(chǎng)均勻性和出口流場(chǎng)品質(zhì)影響較大,這種臺(tái)階在工程實(shí)際中應(yīng)特別注意;噴管分段連接處的微小凹槽,在一般的工藝控制條件下,其擾動(dòng)的影響范圍較小,不會(huì)損害噴管的整體流場(chǎng)品質(zhì)。
【關(guān)鍵詞】：高超聲速 噴管設(shè)計(jì) 特征線法 非完全氣體效應(yīng) 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V211.74
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 緒論8-14
• 1.1 選題背景與課題來源8
• 1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展與研究現(xiàn)狀8-12
• 1.2.1 激波風(fēng)洞8-10
• 1.2.2 超聲速/高超聲速噴管及其設(shè)計(jì)方法10-12
• 1.3 本文的主要工作12-14
• 2 0.6 米激波風(fēng)洞及其噴管14-18
• 2.1 風(fēng)洞結(jié)構(gòu)與運(yùn)行原理14-15
• 2.2 激波風(fēng)洞噴管15-16
• 2.3 本章小結(jié)16-18
• 3 噴管型線設(shè)計(jì)18-46
• 3.1 完全氣體的噴管流動(dòng)18-19
• 3.2 非完全氣體的噴管流動(dòng)19-24
• 3.2.1 真實(shí)氣體的狀態(tài)方程19-20
• 3.2.2 氣體的比熱和比熱比20-24
• 3.3 噴管設(shè)計(jì)狀態(tài)選取24-25
• 3.4 噴管收縮段型線設(shè)計(jì)25-28
• 3.5 噴管膨脹段型線設(shè)計(jì)28-38
• 3.5.1 Sivells方法的基本原理28-29
• 3.5.2 喉道跨聲速區(qū)流動(dòng)的近似解29-32
• 3.5.3 源流區(qū)流動(dòng)參數(shù)32-33
• 3.5.4 噴管軸線馬赫數(shù)或速度系數(shù)分布33-34
• 3.5.5 求解噴管流動(dòng)的特征線方法34-37
• 3.5.6 求解壁面點(diǎn)的流量積分方法37-38
• 3.5.7 非完全氣體效應(yīng)修正方法38
• 3.6 噴管壁面邊界層修正38-41
• 3.6.1 理論方法39-40
• 3.6.2 經(jīng)驗(yàn)方法40-41
• 3.7 噴管型線設(shè)計(jì)結(jié)果41-43
• 3.7.1 設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇與優(yōu)化41-43
• 3.7.2 噴管型線設(shè)計(jì)結(jié)果43
• 3.8 本章小結(jié)43-46
• 4 噴管流場(chǎng)CFD計(jì)算校核46-60
• 4.1 引言46
• 4.2 控制方程46-47
• 4.3 氣體的熱力學(xué)屬性47-48
• 4.4 湍流模型48-50
• 4.5 幾何模型與網(wǎng)格劃分50-52
• 4.6 邊界條件52
• 4.7 初始條件52-53
• 4.8 CFD方法的可靠性驗(yàn)證53-54
• 4.9 設(shè)計(jì)噴管的數(shù)值計(jì)算結(jié)果54-58
• 4.9.1 無(wú)粘型線的流場(chǎng)計(jì)算結(jié)果55-56
• 4.9.2 粘性型線的流場(chǎng)計(jì)算結(jié)果56-58
• 4.10 噴管長(zhǎng)度優(yōu)化58-59
• 4.11本章小結(jié)59-60
• 5 噴管壁面缺陷對(duì)流場(chǎng)品質(zhì)的影響60-70
• 5.1 引言60
• 5.2 壁面缺陷特征的幾何模型與網(wǎng)格劃分60-61
• 5.3 喉道段末端順向臺(tái)階的影響61-63
• 5.4 喉道段末端逆向臺(tái)階的影響63-66
• 5.5 噴管分段連接處凹槽的影響66-68
• 5.6 本章小結(jié)68-70
• 6 結(jié)論及展望70-72
• 6.1 論文工作及主要結(jié)論70
• 6.2 后續(xù)工作展望70-72
• 致謝72-74
• 參考文獻(xiàn)74-78
• 附錄78
• A. 作者在攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文目錄：78
• B. 作者在攻讀學(xué)位期間取得的科研成果目錄：78

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