超声速气枪喷嘴唇厚对其冲击流场和声场的影响

摘要

超声速气枪喷嘴广泛地应用于工程技术领域，所形成的超声速冲击射流流场结构极其复杂，而且复杂的流场结构之间存在着强烈的相互作用，向环境辐射很强的气动噪声，因此对超声速冲击射流流场进行深入研究，了解噪声产生的机理，是超声速喷嘴的降噪研究的重要环节。本文使用大涡模拟方法对超声速中等欠膨胀冲击射流进行了数值模拟。利用三点三阶紧致格式对无量纲轴对称可压缩滤波N-S方程进行空间离散，时间推进上采用的是TVD型三阶Rugge-Kutta 法。通过与经典的冲击射流实验比较，证明了程序的可靠性。在此基础上研究了相同的喷嘴直径、冲击距离和压比下，喷嘴唇厚不同对冲击射流的影响，发现对于不同喷嘴唇厚的情况，喷嘴壁面对上行声波的反射有明显的不同，反射波的波阵面随着喷嘴唇厚的增大而表现得更加明显，在喷嘴唇厚很小的情况下，观察不到反射波；研究也发现喷嘴附近剪切层中的压强脉动和涡强度随着喷嘴唇厚的增加先增加后减少，并且存在着极值现象。该数值模拟结果可以为气枪喷嘴的优化设计提供理论基础。