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《0.6米激波風洞馬赫數(shù)8噴管設計及數(shù)值計算》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在學術論文-天天文庫。
1、0.6米激波風洞馬赫數(shù)8噴管設計及數(shù)值計算重慶大學碩士學位論文（學術學位）學生姓名：龔紅明指導教師：陳景秋教授專業(yè)：流體力學學科門類：工學重慶大學航空航天學院二O一五年九月0.6mShockTunnelMach8NozzleDesignandCFDSimulationAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofEngineeringByGongHongmingSupervisedbyProf.Chen
2、JingqiuSpecialty:ComputationalFluidDynamicsCollegeofAerospaceEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaSep.2015中文摘要摘要激波風洞是開展高超聲速空氣動力實驗的重要設備，廣泛應用于高馬赫數(shù)和高雷諾數(shù)條件下的氣動力/熱實驗研究。高超聲速噴管是形成激波風洞實驗流場的關鍵部件，決定著實驗氣流的品質(zhì)。本文在0.6米激波風洞試驗平臺改造的背景需求下，開展了馬赫數(shù)8噴管設計與數(shù)值計算研究，為擴展該風洞馬赫數(shù)運行范圍和改善流場品質(zhì)提供支持
3、。主要研究內(nèi)容包括：（1）采用特征線理論加邊界層修正的方法設計了馬赫數(shù)8噴管型線。噴管膨脹段的型線設計基于Sivells方法，壁面邊界層修正基于Edenfield方法，在這兩種方法基礎上，根據(jù)激波風洞高總溫、高總壓的運行特點，考慮了氣體非完全效應的影響。噴管收縮段型線設計采用移軸的維托辛斯基（Witoszynski）公式。整個設計過程采用Fortran語言編程實現(xiàn)。（2）為檢驗所設計噴管的內(nèi)流場均勻性和出口流場品質(zhì)，使用CFD軟件在設計工況下對噴管流場進行了數(shù)值模擬。對CFD計算中所選用的氣體模型、湍流模型等具體方法，利用激波風洞現(xiàn)有噴管的實驗
4、校測數(shù)據(jù)進行了可靠性驗證。CFD計算結果表明，噴管內(nèi)氣流膨脹均勻，出口馬赫數(shù)達到設計值，出口流場品質(zhì)優(yōu)于激波風洞流場品質(zhì)標準的要求。（3）結合噴管加工、裝配以及在風洞中實際使用情況，針對噴管壁面容易出現(xiàn)的缺陷特征進行了CFD數(shù)值模擬，分析了管壁缺陷對噴管流場品質(zhì)的影響。本文考慮了兩類缺陷，一是需要經(jīng)常更換的噴管喉道段與下游噴管的之間容易出現(xiàn)的順向或逆向臺階，二是噴管分段加工再組裝以后在連接處存在的微小凹槽。CFD計算結果表明，喉道段末端臺階形成的干擾，對噴管的內(nèi)流場均勻性和出口流場品質(zhì)影響較大，這種臺階在工程實際中應特別注意；噴管分段連接處的微
5、小凹槽，在一般的工藝控制條件下，其擾動的影響范圍較小，不會損害噴管的整體流場品質(zhì)。關鍵詞：高超聲速，噴管設計，特征線法，非完全氣體效應，數(shù)值模擬I英文摘要ABSTRACTShocktunnelisonekindofimportanttestfacilitiesusedinhypersonicaerodynamicresearches,especiallyintheexperimentalinvestigationsinhighMachnumberandhighReynoldsnumberflows.Oneofthemostimportantco
6、mponentsoftheshocktunnel,thehypersonicnozzlewhichgenerateshypersonicuniformflow,hasacrucialinfluenceontheflowquality.Inthisdissertation,withthebackgroundoftheexperimentplatformreconstructionforthe0.6mshocktunnel,aMach8nozzlewasdesignedwiththeclassicalmothodofcharacteristicsa
7、ndcalibratedwithmodernCFDtools.Themainachievementsinthisworkareasbelow:(1)ThenozzlewallcontourforexitflowofMachnumber8wasdesignedbasedonthemethodofcharacteristicsandthetechniqueofboundarylayercorrection.Thegasimperfectioninducedbyhighpressureandhightemperaturewasconcernedint
8、henozzledesignprocesswhichrelatedtotheSivellsmethod.Edenfieldmethodwaschose
