下游反压引起的弯曲隔离段流场迟滞现象研究

摘要

隔离段是超燃冲压发动机的重要部件，其主要作用包括扩压、隔离下游反压和流道匹配。当进气道出口与燃烧室入口在空间出现偏置时，必须采用弯曲隔离段用以匹配发动机流道。因此，针对弯曲隔离段的研究具有重要的应用价值和现实意义。
　　本文采用试验研究和数值模拟相结合的手段，对弯曲隔离段在下游反压的作用下出现的流场结构和迟滞现象开展了系统深入的研究。在数值计算方面，基于商业软件 Fluent对弯曲隔离段进行了数值仿真，提取了相关的流场参数。在试验方面，设计了一种由两段相切圆弧构成的典型弯曲隔离段试验模型，采用纹影、高频压力传感器和压力扫描阀等试验手段对问题进行了研究。
　　首先，本文通过数值仿真的手段模拟了下游反压改变下弯曲隔离段流场演化的过程，分析不同反压改变途径下相同反压的流场结构，得到了弯曲隔离段存在迟滞现象的结论。利用编写的UDF提取了隔离段内激波串初始分离区的位置信息，分析了激波串结构的非定常特性，获得了激波串结构在下游反压改变的情况下的运动过程。通过分析三维数值仿真的结果，发现本文设计的弯曲隔离段存在典型的三维效应，三维效应对迟滞现象有着重要的影响。
　　其次，采用纹影技术和测量壁面沿程压力分布的手段验证了弯曲隔离段内迟滞现象的存在。分析了纹影图像，得到了弯曲隔离段内典型的激波串结构和流场演化的过程。分析了壁面沿程压力分布，得到了弯曲隔离段内的自激振荡现象。并分析了自激振荡和激波串位置之间的关系。本文进行了等直隔离段的对比试验，发现本文设计的等直隔离段中不存在迟滞现象。
　　再者，本文研究了带进气道等直隔离段和折线型隔离段两种构型的隔离段，通过对比流场结构和壁面沿程压力分布可以发现，两者和弯曲隔离段具有相似性。采用数值仿真和试验发现带进气道等直隔离段和折线型隔离段均存在迟滞现象，获得了迟滞现象对隔离段性能的影响。
　　最后，本文研究了弯曲隔离段流场产生迟滞现象的机理，并提出了上下壁面的初始压力分布和分离区的融合和分离两种原因能够诱导迟滞现象的产生。弯曲隔离段的构型中出现了压缩波系和膨胀波系交替出现的流场，壁面压力呈现出先减小再增大的典型结构，从而导致激波串结构在前进和后退过程中容易出现迟滞现象。此外激波串结构中相邻分离区在外界作用下形成较大的分离区后很难分离成为两个独立的分离区也能够促使迟滞现象的产生。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究进展

1.3 本文研究内容

第二章 试验系统与数值方法

2.1 试验系统

2.2 数值模拟方法

2.3 本章小结

第三章 弯曲隔离段流场迟滞现象数值研究

3.1 数值研究对象

3.2 流场结构演化分析

3.3 流场性能参数评估

3.4 非定常特性分析

3.5 三维效应

3.6 本章小结

第四章 弯曲隔离段流场迟滞现象试验研究

4.1 试验研究对象

4.2 流场结构演化过程

4.3 非定常特性

4.4 等直隔离段对比试验

4.5 本章小结

第五章 折线型和带进气道隔离段流场迟滞现象研究

5.1 研究对象

5.2 带进气道等直隔离段迟滞分析

5.3 折线型隔离段流场迟滞分析

5.4 本章小结

第六章 迟滞现象机理研究

6.1 沿程壁面压力分布诱导迟滞现象

6.2 分离区自持特性诱导迟滞现象

6.3 本章小结

结 束 语

取得的主要研究成果

论文的主要创新点

未来工作展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果