应用非定常分区算法研究超声速流射流不稳定结构

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题名	应用非定常分区算法研究超声速流射流不稳定结构
作者	吕晓斌
学位类别	博士后
答辩日期	2003
授予单位	中国科学院力学研究所
授予地点	北京
导师	姜宗林
学位专业	流体力学
中文摘要	近年来，超声速射流混合研究之所以受到人们的广泛重视，这是由于下一代高速旅客运输机（HSPT）飞机采用超燃冲压发动机（SCRAMIJET）技术，需要研究燃料和空气的快速混合，其中首先需要解决的是超声速快速混合问题，以提高整个推进系统的性能。改进射流介质与环境介质混合的措施，不仅可以提高超燃冲压发动机性能，还可以加快射流介质与外界流体的起始混合，能够加速射流流出物的浸没消散，或者减弱射流噪声的强度，以及减弱羽流的红外信号强度等等。另外，超声速射流的激波啸叫（Sereech）是另一个重要课题，它是高速非完全膨胀射流产生的强烈的离散频率噪声。激波啸叫不仅引起环境噪声污染，而且还会造成机体结构的破坏。加世纪50年代以来，人们对有关问题进行了深入的研究，取得了重大进展，但是有一些重要问题依然没有得到很好解决。非圆形喷口射流之所以引起人们的特别研究兴趣，是由于与圆形喷口射流的混合效果相比，这种改变喷口形状的被动控制技术能在多个方面改进混合流谱的特征：第一是由于喷流结构的涡轴转变能够增强大尺度涡相干结构的混合。第二，由于其顶角区域的扰动增强了小尺度混合的效率。第三，远下游流动的混合作用明显比通常的圆形喷口的混合效果增强了，这是由于非圆形射流流场的涡结构中流向涡较强，加快了流动的混合与转挟。深入研究可压缩剪切层中的大尺度涡相干结构，实行有效的主动控制和被动控制技术改变剪切层的厚度增长率，了解剪切层中拟序运动的流场参数的变化等是解决超声速混合的关键。超声速射流流场的流动特性研究，尤其是欠膨胀射流的流场流动特征非常复杂，包含有多激波栅格和剪切层，其中有规则反射激波、马赫盘、弓形激波和接触间断等结构。超声速射流的激波栅格结构与射流压比n值有关：当射流压比n比较低（n＜2）时，超声速射流形成规则反射波系；当射流压比n超过某临界值以后，流场中便出现正激波或马赫盘。这种激波反射结构和流形的不稳定性对射流混合有着一定作用。本文通过数值模拟和实验研究相结合的途径，研究了超声速气体射流流动的不稳定结构问题。包括：（l）本文理论上对非定常激波解进行了分析，数值模拟的Sod激波问题计算结果与精确解作了比较分析。（2）本文研究发展了一种计算非定常激波动力学问题的分区方法，及其相应的分区内边界处理方法。应用非定常分区算法，模拟计算二维运动激波在楔形体和菱形体固体边界上的反射和激波衍射的问题，计算结果在分区的内边界上无扰动，并与文献上的46“夹角的楔形体和NACA0018翼型的基准实验结果作了比较。（3）应用非定常分区算法，模拟计算了二维和三维、正方形和长方形的超声速射流。数值模拟了随超声速射流压比增加激波栅格结构从规则反射到马赫反射的变化，观察到了非圆形射流当压比足够高时，呈现出了祸轴转变现象。（4）本文设计、加工了流场显示的实验设备，设计了相应的先进实验手段。流场实验显示结果表明，圆孔射流实验中观测到了激波规则反射结构和马赫反射结构。相同实验条件下，方孔和长方孔实验中仅有激波规则反射结构。射流的多种激波反射结构和流形是不稳定的。本文对非定常激波动力学流场进行了理论分析，流场显示实验研究和数值模拟的计算研究。并为以后研究组进行爆轰激波气体动力学研究和并行计算平台的研制和开发打下了基础。
索取号	30030
语种	中文
学科主题	流体力学
公开日期	2009-04-13 ; 2009-08-25
出处	[博士后论文].北京.中国科学院力学研究所,2003
内容类型	学位论文
源URL	[http://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/23538]
专题	力学研究所_力学所知识产出(1956-2008)
推荐引用方式 GB/T 7714	吕晓斌. 应用非定常分区算法研究超声速流射流不稳定结构[D]. 北京. 中国科学院力学研究所. 2003.