脉冲爆震发动机爆震燃烧数值模拟及喷管性能分析

摘要

作为一种新概念推进系统，脉冲爆震发动机在理论上具有很多常规发动机无法比拟的优越性。最近几十年来，在世界各国掀起了脉冲爆震发动机研究的热潮。有关脉冲爆震发动机的原理和应用研究在世界各国进行得如火如荼。本文采用数值计算的手段，对脉冲爆震发动机进行了数值模拟。 本文的模拟工作主要分两部分： 第一部分：采用详细化学反应机理及AMR技术，对化学恰当比H2/Air混合物在初始温度和初始压力分别为300K和1atm条件下爆震燃烧现象进行详细的数值模拟，获得了爆震燃烧的流场结构，并详细地分析了爆震燃烧流场中三波点结构的形成、特点和相互作用以及稳定自持爆震燃烧的形成过程。 第二部分：对脉冲爆震发动机的喷管流场进行数值模拟，研究脉冲爆震发动机喷管的排气过程，在此基础上，分析直喷管、收敛喷管、扩张喷管、收敛扩张喷管四种不同的喷管结构对脉冲爆震发动机比冲、推力、循环时间等性能参数的影响。结果表明：喷管能提高脉冲爆震发动机的性能，扩张喷管的综合性能最优。 最后本文对研究工作进行了总结，提出了研究工作中存在的局限性和展望。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1课题背景及意义

1.2脉冲爆震发动机喷管及爆震燃烧的研究现状

1.3本文主要内容

2爆震波及脉冲爆震发动机概念

2.1引言

2.2爆震波的基本概念

2.2.1爆震波的结构

2.2.2爆震波的控制方程组

2.2.3爆震波的基本方程

2.3脉冲爆震发动机的分类、工作过程及热力循环过程

2.3.1脉冲爆震发动机的分类

2.3.2脉冲爆震发动机的工作过程

2.3.3脉冲爆震发动机的热力循环过程

2.4脉冲爆震发动机的关键技术、难点及应用前景

2.4.1脉冲爆震发动机的关键技术及难点

2.4.2脉冲爆震发动机的应用前景

3数值计算方法

3.1控制方程组

3.2湍流模型

3.3燃烧模型

4爆震燃烧数值模拟

4.1引言

4.2计算模型

4.3计算结果与分析

4.3.1粗网格结果与分析

4.3.2细网格结果与分析

4.4本章小结

5喷管性能数值模拟

5.1引言

5.2计算模型

5.3计算结果与分析

5.3.1无喷管脉冲爆震发动机排气过程

5.3.2直喷管脉冲爆震发动机排气过程

5.3.3收敛喷管脉冲爆震发动机排气过程

5.3.4收敛扩张喷管脉冲爆震发动机排气过程

5.3.5扩张喷管脉冲爆震发动机排气过程

5.4性能分析与比较

5.4.1性能分析方法

5.4.2不同喷管脉冲爆震发动机性能分析及比较

5.5本章小结

6.总结

6.1主要结论

6.2研究工作展望

致谢

参考文献