IMECH-IR  > 高温气体动力学国家重点实验室
隔离段流动特性和迟滞现象数值研究
Alternative TitleNumerical Investigations on the Flow Characteristics and Hysteresis Phenomena in Scramjet Isolator
马生虎
Thesis Advisor岳连捷
2016
Degree Grantor中国科学院大学
Place of Conferral北京
Subtype硕士
Degree Discipline流体力学
Abstract隔离段作为超燃冲压发动机的关键部件,其内部流场为包含激波/边界层、激波/激波复杂相干作用的激波串结构,主要作用是防止燃烧室的高反压上传而影响进气道的正常工作。近年,在耦合隔离段的燃烧室直联实验中观察到了迟滞现象,不同的供油路径会导致不同的隔离段流动状态和燃烧室性能,为发动机的性能设计及主动控制带来困难。反压作用下的隔离段激波串流动迟滞可能为该迟滞现象产生的原因之一,而目前公开的文献资料还没有专门针对隔离段迟滞问题的研究。基于此目的,本文通过数值模拟和理论分析相结合的方法开展了隔离段流动迟滞现象的研究。 本文发现,激波串首道激波在不同反压下具有相似性,满足超声速自由相互作用理论。在此基础上,基于Zhukoski提出的中等雷诺数下(3×104<Reδ<1.2×106)分离区压力与马赫数的量化关系,本文发展了无干扰条件下激波串首道激波的理论模型。模型指出:来流马赫数小于2.0时,激波串首道激波结构为波;来流马赫数大于2.0时,激波串首道激波反射类型为规则反射,不会出现激波反射迟滞现象。既而,本文分别在抽吸、入射激波和射流的条件下模拟了反压升高再降低隔离段流动变化的过程,考察隔离段流动迟滞特性。结果表明,在壁面抽吸、入射激波、射流喷射影响下隔离段出现了一种新的下游反压引起的迟滞现象——边界层分离迟滞,这种迟滞现象在公开发表文献从未提出。而抽吸破坏了自由相互作用理论,使边界层分离角进入Von Neumann准则的双解区甚至马赫反射区,其流场变化过程还伴随着激波反射迟滞现象。 在上述研究基础上,本文分析得到了隔离段增压机理。隔离段流场可以分为四个不同的区域,分别是激波串区、混合区、分离再附区和边界层发展区,前两者承担了隔离段的绝大部分压升,而在边界层发展区壁面压力会呈下降趋势,激波串随反压升高前移的距离越来越大。隔离段长度取到分离再附区为宜,再增加长度对抗反压能力提升很小,反而得不偿失。通过进一步考察斜楔对隔离段流动的影响,发现提高抗反压能力的流动控制措施作用的最佳区域为激波串区域。
Call Number31313
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/59419
Collection高温气体动力学国家重点实验室
Recommended Citation
GB/T 7714
马生虎. 隔离段流动特性和迟滞现象数值研究[D]. 北京. 中国科学院大学,2016.
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