摘要：高超声速吸气式推进系统的进展将推进未来高速空天飞行的实现。超燃冲压发动机主体部分没有活动零部件,造型结构在高超声速运动条件下稳定性好,又属于吸气式发动机,不需要自带氧化器,贮存与运输方便,于需要时能够快速利用,近年来以其较高的性能逐渐受到各国的广泛关注,并成为高超声速一个新的进展方向。作为超燃冲压发动机关键部件的燃烧室对发动机的总体性能具有关键性的影响。在高超声速飞行条件下,来流必须以超声速进入燃烧室以避开过度受热以及空气分离。通常飞行条件下空气在燃烧室内的驻留时间接近于1毫秒。燃料必须在极小的时间尺度下进行喷注、掺混、完全燃烧。凹腔近来被广泛认为是火焰稳定器的合适选择,近年来对于凹腔的流动也渐渐受到探讨人员的关注。本论文利用雷诺N-S平均方程,SSTk-ω湍流模型等数值模拟策略对进口马赫数为3.0的轴对称凹腔进行了冷态定常和非定常数值模拟,对轴对称凹腔流动特性进行了计算浅析探讨,主要包括以下两个部分：第一,基于文献中的超声速来流经过突扩台阶后的流动特性实验数据,采取试验模型进行数值模拟,结果与实验数据进行比较,验证计算程序的正确性。在此基础上参照国防科技大学提出的超声速凹腔的流动模型,对六种构型的凹腔流场进行冷态数值模拟,探讨不同的凹腔进口高度对凹腔流场的影响,浅析了在特定高度下不同的转捩模型对凹腔流场的影响。结果表明：(1)由于纵深比的减小,使得凹腔由闭式凹腔向开式凹腔转变；(2)闭式凹腔向开式凹腔转变是由于纵深比的减小,导致马赫反射向上游推移造成的；(3)由于纵深比的增加,闭式凹腔分离点的位置往上游移动,但增加到一定程度时,上移的幅度减小；(4)进口附面层状态对凹腔流场有很大影响,采取转捩模型计算更易得到开式凹腔。第二,进一步探讨六种构型的凹腔非定常流场。计算出以初始时刻激波经过凹腔到激波穿过凹腔流动的数值纹影图,并将趋于稳态时的流动数值纹影图与定常流动数值计算进行比较,获得了开式凹腔流动的非定常启动历程和其周期性振荡特性。通过本论文的探讨工作,对超声速凹腔不同来流高度对凹腔流场影响有更深入的了解。探讨结果对进一步认识凹腔流场、优化凹腔构型、设计效率高的火焰稳定器提供参考。关键词：超燃冲压发动机论文轴对称凹腔论文流场特性论文数值模拟论文纵深比论文
摘要3-4
Abstract4-6
目录6-8
1 绪论8-23
1.1 探讨背景及作用8-10
1.2 国内外Scramjet探讨进展近况10-15
1.2.1 国外Scramjet探讨近况10-14
1.2.2 国内Scramjet探讨近况14-15
1.3 国内外Scramjet凹腔结构的近况与进展15-21
1.3.1 国外Scramjet凹腔结构探讨近况15-17
1.3.2 国内Scramjet凹腔结构探讨近况17-19
1.3.3 深入探讨凹腔的内在需要19-21
1.4 论文主要探讨内容21-23
2 凹腔工作历程物理数学模型23-26
2.1 数值模拟基本检测设23
2.2 制约方程组23-24
2.3 湍流模型24-26
3 数值模拟验证算例26-29
3.1 验证算例的设定26-27
3.1.1 验证算例模型26
3.1.2 验证算例模型网格26-27
3.1.3 验证算例模型边界条件27
3.2 验证算例结果27-29
4 凹腔流动定常数值模拟29-41
4.1 物理模型及计算策略29-31
4.1.1 物理模型29-30
4.1.2 边界条件30
4.1.3 湍流模型30-31
4.2 数值模拟结果与浅析31-41
4.2.1 开式凹腔入口高度对流场的影响31-34
4.2.2 闭式凹腔入口高度对流场的影响34-37
4.2.3 凹腔入口高度对壁面剪切应力的影响37-39
4.2.4 湍流间歇性39
4.2.5 凹腔定常流动结论39-41
5 凹腔流动非定常数值模拟41-54
5.1 非定常探讨的重要参数41-42
5.1.1 时间步长41
5.1.2 Y~+41-42
5.2 非定常流场数值模拟42-53
5.2.1 非定常流场的边界条件及初场条件42
5.2.2 开式凹腔非定常数值模拟42-47
5.2.3 闭式凹腔非定常数值模拟47-53
5.3 小节53-54
6 总结与展望54-56
6.1 主要工作与结论54
6.2 主要革新点54-55
6.3 探讨工作展望55-56
致谢56-57
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