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激波与边界层干扰的吹除控制方法研究

作　者: 黄舜
导　师: 朱卫兵
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 航空宇航推进理论与工程
关键词: 激波边界层吹除式边界层控制数值模拟
分类号: V430
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

对于超音速进气道来说,激波／边界层相互干扰是常见的现象,达到一定程度甚至会出现边界层的分离,并最终影响到发动机的正常运转。所以,对进气道边界层的有效控制对于推进系统是至关重要的。吹除式边界层控制是一种非常有效的方法。本文以二维平板／楔结构为基础,首先,数值模拟了斜激波冲击平板诱导平板边界层产生分离的现象,并得出相应的分离区的范围。然后,构造了带有吹除喷嘴的模型。数值模拟了加入边界层的吹除控制后,流场中产生的现象。比较了有／无边界层吹除控制的流场波系结构和壁面参数分布。最后,计算并比较了不同的喷嘴进口压力和相对位置,边界层吹除控制对分离区和流场的影响情况。结果表明,数值模拟边界层的吹除控制是可行的。边界层的吹除对于激波／边界层分离和边界层的厚度能够进行有效地控制。在加入吹除控制的情况下,流场中波系发生了复杂的变化,出现了激波之间,激波和膨胀波之间的相互作用,这种现象的主要影响因素是吹除喷嘴的进口总压和吹除喷嘴的位置。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-21
  1.1 研究背景  11-12
  1.2 国内外研究概况  12-15
  1.3 控制方法及研究概况  15-19
    1.3.1 传统的控制方法  15-16
    1.3.2 新型的控制方法  16-19
  1.4 本论文的主要内容  19-21
第2章激波/边界层干扰的基本理论  21-50
  2.1 前言  21
    2.1.1 定常激波/边界层干扰  21
    2.1.2 非定常激波/边界层干扰  21
  2.2 边界层理论概述  21-23
  2.3 边界层的分离  23-24
  2.4 可压缩流动边界层理论  24-28
    2.4.1 可压缩边界层的特点  24-25
    2.4.2 可压缩边界层  25-28
      2.4.2.1 流动参数与流速的关系  25-27
      2.4.2.2 可压缩流体的物性参数  27-28
  2.5 可压缩湍流边界层理论  28-36
    2.5.1 湍流的基本理论  28-31
    2.5.2 湍流模型理论  31-32
    2.5.3 湍流模型介绍  32-34
    2.5.4 湍流边界层基本构造  34-35
    2.5.5 可压缩湍流边界层的特点  35-36
    2.5.6 非定常可压缩边界层  36
  2.6 激波  36-45
    2.6.1 激波的基本概念  36
    2.6.2 斜激波  36-37
    2.6.3 斜激波和正激波的关系  37-38
    2.6.4 斜激波的基本关系式  38-39
    2.6.5 β与M_1和δ的关系  39-40
    2.6.6 激波、膨胀波的反射与相交  40-45
      2.6.6.1 激波在固壁上的反射  40-41
      2.6.6.2 激波在气体中的反射  41-42
      2.6.6.3 异侧激波的相交  42-43
      2.6.6.4 同侧激波的相交  43-45
  2.7 激波/边界层分离  45-48
    2.7.1 引言  45-46
    2.7.2 平板边界层与激波干扰  46-48
  2.8 激波边界层干扰的控制  48
  2.9 本章小结  48-50
第3章理论模型和数值求解  50-62
  3.1 前言  50
  3.2 理论模型  50-53
    3.2.1 控制方程  50-51
    3.2.2 离散化概念及方程的离散  51-52
    3.2.3 求解方法的选择  52-53
    3.2.4 方程的离散格式  53
  3.3 湍流模型  53-59
    3.3.1 雷诺应力模型(RSM)  53-56
    3.3.2 雷诺应力模型的边界条件  56
    3.3.3 壁面函数  56-59
      3.3.3.1 近壁面处理方法  56-57
      3.3.3.2 增强壁面函数法  57-59
  3.4 解的收敛性的影响因素  59-61
    3.4.1 松弛因子  59-60
    3.4.2 计算网格  60-61
    3.4.3 雷诺应力模型的求解对策  61
  3.5 本章小结  61-62
第4章边界层吹除的模拟和分析  62-89
  4.1 计算模型的建立  62-77
    4.1.1 物理模型  62-63
    4.1.2 计算模型  63-64
      4.1.2.1 平板/楔结构模型计算区域和网格  63-64
      4.1.2.2 边界条件的确定  64
    4.1.3 分离区的确定  64-70
      4.1.3.1 流场波系分析  65-67
      4.1.3.2 壁面参数分析  67-69
      4.1.3.3 截面速度分析  69-70
    4.1.4 吹除模型的建立和简化  70-77
      4.1.4.1 不同平板厚的计算结果分析  72-77
  4.2 有无吹除的情况分析  77-80
  4.3 不同喷嘴位置的情况分析  80-81
  4.4 不同吹除压力的情况分析  81-88
    4.4.1 波系分析  81-83
    4.4.2 参数分析  83-86
    4.4.3 总压分析  86-88
  4.5 本章小结  88-89
结论  89-91
参考文献  91-96
攻读硕士学位期间发表的论文  96-97
致谢  97

激波与边界层干扰的吹除控制方法研究

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