高空发动机逆向喷流诱导的非定常流动DSMC仿真.pdf
《高空发动机逆向喷流诱导的非定常流动DSMC仿真.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《高空发动机逆向喷流诱导的非定常流动DSMC仿真.pdf(8页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第 卷 第 期 年 月气 体 物 理 .:./.高空发动机逆向喷流诱导的非定常流动 仿真吴俊林 李中华 彭傲平 李埌全 梁 杰(.中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所 四川绵阳.中国空气动力研究与发展中心跨流域空气动力学重点实验室 四川绵阳)(.)摘 要:逆向发动机常用于对飞行器进行减速或分离 为研究高空稀薄条件下逆向发动机喷流和自由来流的相互作用 构建了由两个逆向喷流和高超声速自由来流相互干扰形成的稀薄流场 通过直接模拟 ()仿真发现在稀薄来流条件下会形成大面积相互干扰区 且该干扰区存在严重非定常流动现象 初步分析认为 该干扰区的范围和非定常演化过程与自由来流动能和逆向发动机喷流流
2、量紧密相关关键词:稀薄非定常现象 逆向喷流 高空 直接模拟 方法 大范围干扰区 中图分类号:文献标志码:.().:收稿日期:修回日期:基金项目:国家自然科学基金()第一作者简介:吴俊林()男 博士 主要研究方向为稀薄气体动力学:.引用格式:吴俊林 李中华 彭傲平 等.高空发动机逆向喷流诱导的非定常流动 仿真.气体物理 ():.:.():.引 言随着近空间飞行器的快速发展 喷流膨胀进入低密度环境甚至真空环境的流动是一个具有工程实践背景的主题 这个基础性的流体力学问题广泛存在于许多工程实践中 例如高空飞行器的反作用控制系统()用于进行飞行过程中快速机动 其中前向和后向的 发动机为高度机动和改变轴向
3、速度提供推力很多研究者采用数值、理论分析和实验的手段开展这方面的研究 等定量研究了飞行高度为 的稀薄大气小型火箭侧面安装的推力器喷流相互作用 等在柱状飞行器表面附近观察到不稳定的相互作用现象和脉冲推进器的打开过程 等模拟了有限压力下相互作用的稀薄射流向背景膨胀的过程 等提出了一个双流体模型研究无碰撞准中性远场羽第 期吴俊林 等:高空发动机逆向喷流诱导的非定常流动 仿真流膨胀 等通过实验研究了羽流膨胀、羽流等离子体和设备背景等离子体对羽流碰撞产生的羽流电位和电荷交换的影响 等基于羽流碰撞分析研究了欧洲服务舱推进系统和轨道机动系统发动机 这对确定欧洲服务舱推进系统的设计和影响至关重要 等采用/耦合
4、算法对卫星姿态控制推力器喷管羽流的影响机理进行了研究 等提出了非定常无碰撞流动的气体动力学解析解 针对高速平面射流问题、轴对称羽流和轴对称射流撞击开展研究 得到了启动、稳定和关闭过程的计算结果 等通过羽流撞击实验研究了不同撞击效应通过二维直接模拟 ()方法对含铝稀薄气体射流进行了研究 以了解物理气相沉积过程中的流动现象和沉积机理 等发展了一种可视化超声速欠膨胀气体射流的技术 即气流从亚声速或超声速喷流中进入稀薄空间 背景压力为.目前 大多数研究者对喷流研究重点关注以下 个问题:)射流冲击、羽流污染和颗粒沉积(主要是稀薄状态)的定常和非定常问题)射流向不同环境膨胀(主要是稀薄区)的非定常过程)逆
5、向喷流的减阻和防热效果(主要在连续流区)众多学者对逆向发动机喷流/自由来流相互作用的研究大多集中在低空连续流区的自由来流(采用 方程仿真)对于高空稀薄流区针对侧向、后向姿/轨控发动机的喷流膨胀过程研究较多 本文在高空稀薄来流条件下研究逆向发动机喷流和高超声速自由来流的相互作用 通过 模拟发现 在飞行高度为 左右的复杂三维稀薄流动中 稳定的两个逆向喷流和稀薄高超声速自由来流相互干扰形成了一个大面积的非定常流动区域这种不稳定的非定常流动现象可能导致飞行器表面气动特性随时间变化本文章节安排如下:第 章简单介绍 方法及其验证 第 章给出所研究的流动问题的细节 包括飞行器的形状和尺寸、稀薄高超声速自由流
6、的流动条件和两个反射喷流 第 章给出并讨论该问题的 仿真结果和非定常现象 第 章给出结论 方法与验证课题组于 年前开始基于 的基本理论建立起一套三维的并行 程序 稀薄环境仿真 平 台()并持续对其进行改进 在本次计算过程中 弹性碰撞采用变径硬球()模型描述 分子碰撞过程采用非时间计数器 分子的振动和转动能量采用可变能量交换概率模型 并且不考虑化学反应 采用两级自适应 空间网格(大背景网格和小碰撞网格)和非结构表面网格对计算区域进行分解并定义了 空间网格与物面的相互关系在 程序代码里引入了消息传递接口()并行技术 实现了快速的大规模并行计算 并设计了一种区域自动分解技术来获得好的负载平衡效果.方
7、法简介 方法的基本思想是:用有限多个仿真分子来代替大量的真实气体分子 通过随机抽样仿真分子并跟踪仿真分子的运动轨迹来达到求解真实气体流动问题的目的 通常 仿真分子的初始状态根据初始态的平衡分布抽样给出 将所要求解的物理空间划分成网格 网格的作用是便于选取碰撞和用于宏观量的统计平均 网格的尺寸必须足够小 一般不能大于当地分子平均自由程的量级 网格中仿真分子的数目不能太少 以保证统计具有真实的物理意义 每个仿真分子存贮有 个方向的速度分量和空间位置坐标 对不同的问题 位置坐标可以是 个 每个仿真分子还要有所在网格的检索号 对混合气体问题 还须有组分标识对包含内能松弛的问题进行计算时 多原子分子还须
8、存贮分子的内部能量 方法对仿真分子的运动和碰撞是分开处理的 即运动和碰撞解耦 因此 时间步长应满足()式中 表示粒子运动特征时间 是分子平均碰撞时间.方法的计算步骤 方法模拟程序有以下几个主要步骤:)参数输入及流场初始化 输入参数包括来气 体 物 理 年 第 卷流速度、来流温度、来流密度(或压力)如是混合气体还须输入各组分的数密度分数、各组分分子的特征量 如是双原子分子须输入转动和振动能量松弛的参考量以及其他各种参考量等 流场初始化的内容有:计算区域内直角网格的划分和流场外边界的确定 计算描述物形的三角形非结构网格外法向矢量、形心位置和三角形面积 确定并标识飞行器放入计算区域后占据的流场网格、
9、物面三角形面元与流场网格相交的边界网格 建立物面边界网格与其相关三角形面元的链表关系 根据总的模拟分子数在每个网格中均匀随机分布若干模拟分子 记录每个分子的初始状态(位置、速度、能量)将后面计算中所需变量设置初值等)分子运动的模拟 进入计算区域的模拟分子 按照其自身的运动速度和初始位置运动 个时间步长 后 确定分子到达的新位置)边界处理 模拟分子运动后到达的新位置可能超越所设定的边界 此时必须计算模拟分子与边界间的相互作用 如果边界是对称面 模拟分子在边界上做镜面反射 如果模拟分子是与物面相互作用 则按假定的反射模式进行计算 如果模拟分子运动到出口边界外 将模拟分子作逸出处理 并消除该分子的编
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 高空 发动机 逆向 喷流 诱导 定常流动 DSMC 仿真
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。