进气道边界层吹除方法的数值模拟

摘要

对于超音速进气道来说，激波/边界层相互干扰是常见的现象，达到一定程度甚至会出现边界层的分离，并最终影响到发动机的正常运转。所以，对进气道边界层的有效控制对于推进系统是至关重要的。吹除式边界层控制是一种非常有效的方法。
　　 本文以二维平板/楔结构为基础，首先，数值模拟了斜激波冲击平板诱导平板边界层产生分离的现象，并得出相应的分离区的范围。然后，构造了带有吹除喷嘴的模型。数值模拟了加入边界层的吹除控制后，流场中产生的现象。比较了有/无边界层吹除控制的流场波系结构和壁面参数分布。最后，计算并比较了不同的喷嘴进口压力和相对位置，边界层吹除控制对分离区和流场的影响情况。
　　 结果表明，数值模拟边界层的吹除控制是可行的。边界层的吹除对于激波/边界层分离和边界层的厚度能够进行有效地控制。在加入吹除控制的情况下，流场中波系发生了复杂的变化，出现了激波之间，激波和膨胀波之间的相互作用，这种现象的主要影响因素是吹除喷嘴的进口总压和吹除喷嘴的位置。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1研究背景

1.2国内外研究概况

1.3控制方法及研究概况

1.3.1传统的控制方法

1.3.2新型的控制方法

1.4本论文的主要内容

第2章 激波/边界层干扰的基本理论

2.1前言

2.1.1定常激波/边界层干扰

2.1.2非定常激波/边界层干扰

2.2边界层理论概述

2.3边界层的分离

2.4可压缩流动边界层理论

2.4.1可压缩边界层的特点

2.4.2可压缩边界层

2.5可压缩湍流边界层理论

2.5.1湍流的基本理论

2.5.2湍流模型理论

2.5.3湍流模型介绍

2.5.4湍流边界层基本构造

2.5.5可压缩湍流边界层的特点

2.5.6非定常可压缩边界层

2.6激波

2.6.1激波的基本概念

2.6.2斜激波

2.6.3斜激波和正激波的关系

2.6.4斜激波的基本关系式

2.6.5 β与M1和δ的关系

2.6.6激波、膨胀波的反射与相交

2.7激波/边界层分离

2.7.1引言

2.7.2平板边界层与激波干扰

2.8激波边界层干扰的控制

2.9本章小结

第3章 理论模型和数值求解

3.1前言

3.2理论模型

3.2.1控制方程

3.2.2离散化概念及方程的离散

3.2.3求解方法的选择

3.2.4方程的离散格式

3.3湍流模型

3.3.1雷诺应力模型(RSM)

3.3.2雷诺应力模型的边界条件

3.3.3壁面函数

3.4解的收敛性的影响因素

3.4.1松弛因子

3.4.2计算网格

3.4.3雷诺应力模型的求解对策

3.5本章小结

第4章 边界层吹除的模拟和分析

4.1计算模型的建立

4.1.1物理模型

4.1.2计算模型

4.1.3分离区的确定

4.1.4吹除模型的建立和简化

4.2有无吹除的情况分析

4.3不同喷嘴位置的情况分析

4.4不同吹除压力的情况分析

4.4.1波系分析

4.4.2参数分析

4.4.3总压分析

4.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢