脉冲爆震发动机内流场数值研究

论文摘要

脉冲爆震发动机是一种利用间歇式或脉冲式爆震波产生的高温、高压燃气来产生推力的新概念发动机，这种发动机具有循环热效率高、燃料消耗率低、推重比高、比冲大、结构简单等优点，将成为21世纪新型的航空航天飞行器的动力装置之一。本文在分析爆震波的基本理论、爆震波的形成特点、传播机理及其特性和脉冲爆震发动机的工作原理的基础上，建立了两个PDE模型，并用FLUENT对其爆震室内流场进行了二维轴对称数值模拟。对于模型1，首先分析研究爆震波在爆震室内形成传播机理和爆震室的内流场结构，然后研究爆震波传出爆震管以后爆震管出口处的流场结构，膨胀波的回传过程以及推力壁压力随时间的变化等。对于模型2，通过对不同初始压力、不同初始温度以及不同点火能量的若干个算例的分析研究，总结出初始条件对爆震波形成传播、爆震参数以及推力壁压力是如何影响的。另外，对某几个算例进行了不同网格步长和时间步长的计算，研究了网格步长对爆震波形成和爆震特性参数的影响，并分析研究了时间步长在不同初始压力下对爆震特性参数影响幅度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的背景与意义
• 1.1.1 脉冲爆震发动机是高性能推进系统的理想方案
• 1.1.2 脉冲爆震发动机的应用前景
• 1.2 脉冲爆震发动机的发展过程和研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 计算软件FLUENT简介
• 1.4 本文主要研究工作
• 2 脉冲爆震发动机工作原理
• 2.1 引言
• 2.2 爆震波的结构
• 2.3 C-J爆震波的前后的基本关系式
• 2.4 脉冲爆震发动机的工作循环和性能特点
• 2.5 爆震室一维流动模型
• 2.5.1 不同阶段的流动特点
• 2.5.2 推力壁上的压力变化
• 3 物理模型和计算方法
• 3.1 基本假设和简化
• 3.2 物理模型的建立和网格划分
• 3.2.1 物理模型
• 3.2.2 网格划分
• 3.3 控制方程和湍流模型
• 3.3.1 控制方程
• 3.3.2 湍流模型
• 3.3.3 壁面函数
• 3.4 边界条件和流场的初始化
• 3.4.1 边界条件
• 3.4.2 流场初始化
• 3.5 本文计算方法
• 4 脉冲爆震发动机二维非定常流动数值计算
• 4.1 引言
• 4.2 计算条件
• 4.3 爆震波的形成和传播过程研究
• 4.3.1 网格步长和时间步长选取
• 4.3.2 流场初始化和边界条件
• 4.3.3 不同时刻的流场结构
• 4.3.4 推力壁压力随时间变化
• 4.4 初始条件的影响
• 4.4.1 初始压力的影响
• 4.4.2 初始温度的影响
• 4.4.3 点火能量影响
• 4.5 网格和时间步长的影响
• 4.5.1 网格步长的影响
• 4.5.2 时间步长的影响
• 4.6 小结
• 5 结束语
• 5.1 结论
• 5.2 需要进一步研究的问题
• 致谢
• 参考文献