磁控等離子體對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴管流動(dòng)傳熱的影響.pdf

1、航空發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴管壁承受來(lái)自高溫燃?xì)獾臒嶝?fù)荷，是發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫部件之一，在巡航狀態(tài)下其紅外輻射強(qiáng)度最高。鑒于磁控等離子體具有降低壁面摩擦阻力和對(duì)流傳熱的能力，本文提出運(yùn)用磁控等離子體隔離高溫氣體與噴管壁面，從而減少高溫氣體向壁面的傳熱量，降低噴管壁面溫度，達(dá)到減少紅外輻射強(qiáng)度的目的。另外噴出的等離子體會(huì)繼續(xù)包裹尾噴流，起到吸收和散射電磁波的作用。本文對(duì)噴管內(nèi)高溫氣體和磁控等離子體的流動(dòng)和傳熱過(guò)程以及等離子體包裹尾噴流的流動(dòng)特性進(jìn)行了數(shù)值模擬

2、。 論文采用誘導(dǎo)磁場(chǎng)方程求解誘導(dǎo)磁場(chǎng)，由安培定律求得誘導(dǎo)電流，從而得到洛侖茲體積力。將反應(yīng)電磁作用的修正項(xiàng)添加到湍流方程中得到修正的湍流兩方程模型，模擬磁場(chǎng)對(duì)湍流的影響。運(yùn)用mixture模型處理高溫氣體與等離子體的交界面。運(yùn)用FLUENT程序中的標(biāo)量輸運(yùn)方程求解器求解誘導(dǎo)磁場(chǎng)方程和修正的湍流方程，并很好地模擬出經(jīng)典的哈特曼磁流體流動(dòng)，從而驗(yàn)證了該程序的可靠性。利用該程序研究了哈特曼數(shù)對(duì)等截面噴管內(nèi)等離子體和高溫氣體的速度、溫度

3、、體積分?jǐn)?shù)、湍流強(qiáng)度及壁面溫度的影響。結(jié)果表明磁場(chǎng)能降低高溫氣體對(duì)等離子體的摻混，抑制等離子體的湍流，減少高溫氣體向壁面的傳熱量，達(dá)到降低壁面溫度的目的。隨著哈特曼數(shù)增加，壁面摩擦系數(shù)越小，無(wú)量綱速度分布偏離對(duì)數(shù)律分布的程度越大，噴管壁面溫度上升的幅度也越小。當(dāng)哈特曼數(shù)增加到30時(shí)，流動(dòng)的各向異性變得明顯。在平行磁場(chǎng)平面內(nèi)，努塞爾數(shù)先隨著磁場(chǎng)的增強(qiáng)略有增加，在強(qiáng)磁場(chǎng)作用下又迅速減??；在垂直磁場(chǎng)的平面內(nèi)，努塞爾數(shù)隨磁場(chǎng)增強(qiáng)逐步減小。磁場(chǎng)越

4、強(qiáng)，從噴管中噴出的包裹尾噴流的等離子體的體積分?jǐn)?shù)越大，且對(duì)應(yīng)的尾噴流的核心區(qū)長(zhǎng)度越小。相對(duì)無(wú)磁場(chǎng)作用時(shí)，哈特曼數(shù)為50時(shí)，壁面溫度減小了20.2％，射流核心區(qū)長(zhǎng)度縮短21.1％。 研究了磁控等離子體對(duì)軸對(duì)稱收縮噴管流動(dòng)和傳熱的影響。隨著氣流在收縮噴管內(nèi)加速，等離子體被摻混的程度增加，而增強(qiáng)磁場(chǎng)可以提高近壁面處的等離子體體積分?jǐn)?shù)，有效地隔離高溫氣體和收縮噴管壁面。磁控等離子體減小了壁面摩擦損失，提高了噴管的推力系數(shù)。應(yīng)用1.3T強(qiáng)