CE-SE方法在脈沖爆轟發(fā)動機氣液兩相爆轟流場計算中應(yīng)用的研究.pdf

1、脈沖爆轟發(fā)動機是一種利用脈沖式爆轟波產(chǎn)生推力的新概念發(fā)動機。與傳統(tǒng)的以等壓方式燃燒的發(fā)動機相比，它具有結(jié)構(gòu)簡單、熱循環(huán)效率高、單位燃料消耗率低、工作范圍廣等優(yōu)點，這使得它在軍用和民用方面具有廣闊的應(yīng)用前景，將成為未來重要的新型推進系統(tǒng)。本文以液體燃料脈沖爆轟發(fā)動機為研究對象，針對兩相爆轟流場的特點，建立兩相爆轟控制方程，應(yīng)用近期發(fā)展起來的時空守恒元和求解元方法(簡稱CE/SE方法)數(shù)值求解，用Fortran語言編寫程序模擬兩相爆轟過程。

2、根據(jù)時空守恒元與求解元思想，推導(dǎo)了一維、二維和三維CE/SE方法的計算格式，用于對脈沖爆轟發(fā)動機管內(nèi)氣液兩相爆轟一維、二維、三維流場的數(shù)值計算。主要內(nèi)容包括：
　　 (1)推導(dǎo)了一維CE/SE方法的計算格式，用于脈沖爆轟發(fā)動機內(nèi)汽油/空氣兩相爆轟流場的一維數(shù)值計算，編寫了相關(guān)計算程序，分析并討論了一維兩相爆轟波傳播過程中物理量的變化規(guī)律。數(shù)值實踐表明：CE/SE方法可高效捕獲爆轟波等強間斷。
　　 (2)推導(dǎo)了二維無粘C

3、E/SE方法的計算格式，編寫了相關(guān)計算程序，實現(xiàn)了對脈沖爆轟發(fā)動機內(nèi)兩相流場的數(shù)值模擬，獲得了脈沖爆轟發(fā)動機內(nèi)流場的變化規(guī)律，分析并討論了液滴尺寸分布以及不同的起爆溫度和起爆壓力對兩相燃燒轉(zhuǎn)爆轟過程的影響。計算結(jié)果表明：起爆溫度和起爆壓力越大，汽油霧化后液滴尺寸越小，越有利于實現(xiàn)燃燒轉(zhuǎn)爆轟過程。
　　 (3)推導(dǎo)了二維粘性和湍流CE/SE方法的計算格式，分別用于脈沖爆轟發(fā)動機內(nèi)兩相粘性和湍流爆轟流場的數(shù)值模擬，編寫了相關(guān)計算程序

4、，得到了脈沖爆轟發(fā)動機兩相粘性流場和湍流流場的變化規(guī)律，分析并討論了擾流片片數(shù)和間距對兩相燃燒轉(zhuǎn)爆轟過程的影響。研究發(fā)現(xiàn)：相對于無粘模型，應(yīng)用粘性或湍流模型來描述兩相爆轟過程，可更加精細刻畫流場特性，更加符合實際過程。計算結(jié)果表明：擾流片可有效促進燃燒向爆轟轉(zhuǎn)化的進程。
　　 (4)推導(dǎo)了三維無粘CE/SE方法的計算格式，用于脈沖爆轟發(fā)動機內(nèi)兩相流場的數(shù)值計算，編寫了相關(guān)計算程序，分析并討論了三維無粘兩相爆轟流場的變化規(guī)律。研究

5、發(fā)現(xiàn)，在燃燒轉(zhuǎn)爆轟過程中，存在明顯的三維效應(yīng)。本文詳細刻畫了兩相燃燒轉(zhuǎn)爆轟過程中爆轟波三維結(jié)構(gòu)特征。
　　 (5)推導(dǎo)了三維粘性CE/SE方法計算格式，用于脈沖爆轟發(fā)動機內(nèi)兩相流場的數(shù)值計算，編寫了相關(guān)計算程序，分析并討論了三維兩相粘性爆轟流場的變化規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)：三維粘性數(shù)值計算結(jié)果比三維無粘數(shù)值計算結(jié)果更真實地反映爆轟流場特性，尤其在近壁附近，可更加精細刻畫爆轟波的三維結(jié)構(gòu)特征。
　　 (6)進行了以汽油/空氣為工質(zhì)