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1、尾噴管案例流固耦合仿真分析目錄1.計算模型及技術路線21」計算模型介紹21.2技術路線31.2.1氣膜孔處理方法41.2.2整流罩氣動熱計算72.算例驗證83.計算結果處理分析113.1計算邊界條件113.2計算域及網(wǎng)格113.3共軌熱傳導計算結果分析133.4小結184.流致結構振動仿真分析184.1計算條件184.2計算結果分析185.面臨的問題19參考文獻191?計算模型及技術路線1.1計算模型介紹圖1為渦輪增壓發(fā)動機工作示意圖，高速氣流經(jīng)過燃燒室燃燒,生成的高溫氣流經(jīng)過噴管的加速產(chǎn)生推力，推動飛行器高速飛行。在沖壓發(fā)動機工作狀態(tài)下
2、，渦輪發(fā)動機尾噴管的隔板向上關閉，構成沖壓發(fā)動機尾噴管的一部分。A圖1渦輪增壓發(fā)動機工作示意圖圖2是簡化的尾噴管結構圖，飛行馬赫數(shù)為4,高溫燃燒氣體通過尾噴管擴張段后膨脹加速，提供飛行動力。在噴管前端表面布置有氣膜孔，氣膜孔向噴管內部吹高速低溫氣體，在管壁面生成一層氣膜,防止壁而高溫燃燒。圖2尾噴管示意圖尾噴管幾何尺寸如圖3所示，氣膜孔直徑為1mm,管壁面厚度為3mm。圖3尾噴管幾何尺寸圖1.2技術路線由于計算條件不足，許多參數(shù)需要查閱資料，或通過理論/數(shù)值計算得到，賦值到尾噴管計算的對應邊界中。在考慮尾噴管熱計算中,由于整流罩與噴管的熱
3、交換明顯，而整流罩的計算參數(shù)（如溫度、換熱系數(shù)等）不詳，首先通過整流罩的氣動熱計算，得到一個相對可靠的參數(shù)，然后進行尾噴管的仿真計算。技術路線流程圖如圖4所示。技術方案大綱詳見“高超聲速飛行器發(fā)動機尾噴管多場耦合仿真技術方案?doc覽自上而下進行分析計算,確保每個流程計算的合理與準確。圖4技術及計算流程1.2.1氣膜孔處理方法尾噴管氣膜孔孔徑約1mm,相對整個模型，尺寸相當小，如進行實際網(wǎng)格劃分，會帶來巨量的網(wǎng)格，計算資源耗費巨大。對于此問題，經(jīng)過查閱相關資料，對氣膜孔采用點源處理，設定氣孔坐標及相關計算參數(shù)進行計算即可。CFX點源需要設
4、置的參數(shù)如下：1.TotalSource2.Temperature2.TurbulenceKineticEnergy3.TurbulenceEddyFrequency4.Velocity根據(jù)調研的參數(shù)，進行了吹風比分別為0.5和1工況下的計算,從圖5可以看出，該種工況下，吹風比為0.5的情況下，氣膜孔對周圍下游有明顯的降溫效果，但未形成整體的薄膜效果。吹風比為1工況下，噴管整體壁面形成了較均勻的薄膜，對壁面起到了較好的降溫效果。TemperatureContour2一1.445e+0031.334e+0031.222e+0031.110e
5、+0039.984e+0028.866e+0027.749e+0026.634—0025.513e+0024.396e+002■3.278e+002[K](a)吹風比為0.5情況下，噴管前端表面溫度分布TemperatureContour2r-T1.491e+0031.393e+0031.295e+0031.197e+0031?099e+0031.001e+0039.028e+0028.047e+0027.066e+0026.085e+002■5.104e+002[K](b)吹風比為l情況下，噴管前端表面溫度分布圖5氣膜孔處理計算案例結果
6、由于僅是方案調研，因此沒有設置太多的氣膜孔及詳細的分析。對于實際工程仿真需求，鑒于氣膜孔數(shù)量較多，會采取腳本的方式進行氣膜孔參數(shù)設定，CFX中腳本ccl文件格式如圖6所示。對于之后研究不同氣孔布置，不同吹風角度等對冷卻效果的影響提供了便捷的實現(xiàn)方式。IStatefilecreated:2017/02/1416:42:21*CFX?15.0build2013.10.10-08.49-130242FLOW:FlowAnalysisDOMAIU:DefaultDomainSOURCEPOINT:SourcePoint1CartesianCoor
7、dinates■?:-34-[m],-.?4(m],1.：-2[m]CoordFrame■CoordOption■CartesianCoordinatesSOURCES:EQUATIONSOURCE:continuityOption■TotalFluidMa"SourceTotalSource-6.e-[kgsA-)VARIABLE:TOption■ValueValue■216.7(K]ENDVARIABLE:keOption■ValueValue■0.03(mA2"?2]ENDVARIABLE:tefOption■ValueValue■
8、0.04(sA-l)ENDVARIABLE：velOption■CartesianVectorComponents修改.速度xValue■0(m]yValue■0[msA-l]zValue■■
