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1、尾噴管案例流固耦合仿真分析目錄1.計(jì)算模型及技術(shù)路線21」計(jì)算模型介紹21.2技術(shù)路線31.2.1氣膜孔處理方法41.2.2整流罩氣動(dòng)熱計(jì)算72.算例驗(yàn)證83.計(jì)算結(jié)果處理分析113.1計(jì)算邊界條件113.2計(jì)算域及網(wǎng)格113.3共軌熱傳導(dǎo)計(jì)算結(jié)果分析133.4小結(jié)184.流致結(jié)構(gòu)振動(dòng)仿真分析184.1計(jì)算條件184.2計(jì)算結(jié)果分析185.面臨的問題19參考文獻(xiàn)191?計(jì)算模型及技術(shù)路線1.1計(jì)算模型介紹圖1為渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)飛行器高速飛行。在沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)下
2、，渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴管的隔板向上關(guān)閉，構(gòu)成沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴管的一部分。A圖1渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)工作示意圖圖2是簡(jiǎn)化的尾噴管結(jié)構(gòu)圖，飛行馬赫數(shù)為4,高溫燃燒氣體通過尾噴管擴(kuò)張段后膨脹加速，提供飛行動(dòng)力。在噴管前端表面布置有氣膜孔，氣膜孔向噴管內(nèi)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(shù)路線由于計(jì)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(jì)算得到，賦值到尾噴管計(jì)算的對(duì)應(yīng)邊界中。在考慮尾噴管熱計(jì)算中,由于整流罩與噴管的熱
3、交換明顯，而整流罩的計(jì)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(dòng)熱計(jì)算，得到一個(gè)相對(duì)可靠的參數(shù)，然后進(jìn)行尾噴管的仿真計(jì)算。技術(shù)路線流程圖如圖4所示。技術(shù)方案大綱詳見“高超聲速飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴管多場(chǎng)耦合仿真技術(shù)方案?doc覽自上而下進(jìn)行分析計(jì)算,確保每個(gè)流程計(jì)算的合理與準(zhǔn)確。圖4技術(shù)及計(jì)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(duì)整個(gè)模型，尺寸相當(dāng)小，如進(jìn)行實(shí)際網(wǎng)格劃分，會(huì)帶來巨量的網(wǎng)格，計(jì)算資源耗費(fèi)巨大。對(duì)于此問題，經(jīng)過查閱相關(guān)資料，對(duì)氣膜孔采用點(diǎn)源處理，設(shè)定氣孔坐標(biāo)及相關(guān)計(jì)算參數(shù)進(jìn)行計(jì)算即可。CFX點(diǎn)源需要設(shè)
4、置的參數(shù)如下：1.TotalSource2.Temperature2.TurbulenceKineticEnergy3.TurbulenceEddyFrequency4.Velocity根據(jù)調(diào)研的參數(shù)，進(jìn)行了吹風(fēng)比分別為0.5和1工況下的計(jì)算,從圖5可以看出，該種工況下，吹風(fēng)比為0.5的情況下，氣膜孔對(duì)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(fēng)比為1工況下，噴管整體壁面形成了較均勻的薄膜，對(duì)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(fēng)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(fēng)比為l情況下，噴管前端表面溫度分布圖5氣膜孔處理計(jì)算案例結(jié)果
6、由于僅是方案調(diào)研，因此沒有設(shè)置太多的氣膜孔及詳細(xì)的分析。對(duì)于實(shí)際工程仿真需求，鑒于氣膜孔數(shù)量較多，會(huì)采取腳本的方式進(jìn)行氣膜孔參數(shù)設(shè)定，CFX中腳本ccl文件格式如圖6所示。對(duì)于之后研究不同氣孔布置，不同吹風(fēng)角度等對(duì)冷卻效果的影響提供了便捷的實(shí)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■
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