超聲速引射器系統(tǒng)的數(shù)值模擬研究及優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、超音速引射器系統(tǒng)，又稱為超音速噴射-擴(kuò)散器系統(tǒng)。它的應(yīng)用一直十分廣泛，這主要得益于它有很多其他流體設(shè)備不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，例如構(gòu)造簡單、設(shè)備制造費(fèi)用低廉、較低的能源耗費(fèi)等。但由于其內(nèi)部有多相流、混流、湍流、壓縮流等復(fù)雜流動，而且其工作狀態(tài)不穩(wěn)定，所以引射器內(nèi)部流場的分析和最佳的工作條件非常難以確定。本文的目的便是基于原有的超音速引射器系統(tǒng)，對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及主要部件進(jìn)行修改和優(yōu)化，藉此提高或改善引射器的工作性能。首先，在超音速引射器的從動流入口

2、處設(shè)置了幾個混流導(dǎo)葉，主要目的是通過改變引射器內(nèi)部流場來引入更多的引射流體。然后，基于原有收斂形噴嘴的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，重新設(shè)計(jì)了新型的V形噴嘴，可以通過增加流體間的剪應(yīng)力并引入更多渦流來提高引流流量。與此同時，借助了流體模擬軟件使用計(jì)算流體動力學(xué)(ComputationalFluidDynamics，CFD)技術(shù)對引射器內(nèi)部的超音速可壓流和復(fù)雜的激波系統(tǒng)進(jìn)行了模擬。通過比較原有引射器性能和優(yōu)化后引射器的性能，來得到超音速引射器優(yōu)化設(shè)計(jì)的最佳方

3、案。本論文中使用的超音速引射器系統(tǒng)的模型是與之前的實(shí)驗(yàn)裝置完全一致的，因此對比分析了數(shù)值計(jì)算的準(zhǔn)確性與可行性。數(shù)值模擬計(jì)算過程中使用了有限體積離散法和基于密度的耦合求解器。湍流模型采用了適合可壓流動的標(biāo)準(zhǔn)k-ω湍流模型和SSTk-ω湍流模型。在進(jìn)行數(shù)值模擬時，空間上主要采用了二階迎風(fēng)模式對動量方程、連續(xù)性方程以及能量方程進(jìn)行耦合求解，這種耦合求解方法有利于分析引射器超聲速復(fù)雜的流場結(jié)構(gòu);時間上主要采用了隱式方程對數(shù)值模型進(jìn)行迭代計(jì)算。主