湍流、两相流和非平衡流模型统一离散方法及其在超声速燃烧流场模拟中的应用

摘要

从包含湍流、两相流和非平衡流模型的N-S方程出发,应用有限差分法中的时间分裂法,建立能够统一离散处理的计算方法;其中在非平衡流动方面提出解耦算法有效解决遇到的刚性问题,还具有公式推导简单和调整反应动力学模型方便等应用优势;采用基于粒子仿真方法的颗粒相运动轨道模型计算两相流动;湍流采用k-ε两方程模型.根据算法初步建立针对超燃冲压发动机内流动模拟的应用软件,并进行如下验证性计算模拟;对H<,2>/Air预混合气体中超声速钝体绕流场进行数值模拟,较好分辨出流场中激波诱导非定常振荡燃烧流动现象,表明非平衡流动计算方法具有较高的精度;数值模拟气-固两相自由射流流场,与文献中计算结果进行比较,符合较好;湍流模型对分离流动的影响与文献一致.在此基础上采用19组分65反应模型模拟了高速CH<,4>气流从冲压加速器表面多个喷口射入高超声速空气流形成三维流场;同时研究两相流和湍流对横向喷流与超声速物体绕流形成的干扰流场影响.