下游压力扰动对管道内激波与边界层干扰结构的影响

摘要

管道内的激波与边界层相互干扰流动结构十分复杂，当流动中出现扰动时，会改变管道内的激波位置，同时对激波与边界层干扰的区域产生很大影响。本文主要利用数值模拟手段，通过在管道流动中施加周期性压力扰动，研究下游压力扰动波对管道内激波与边界层干扰结构的影响。采用有限体积法，利用非定常时间离散方法、动网格模型、求解RNG k-ε两方程湍流模式的非定常二维雷诺平均Navier-Stokes方程，对来流马赫数分别为1.4、1.5的二维等直管道中激波的非定常运动进行了数值模拟。计算模型中，通过改变管道出口流动面积得到变化的压力，以形成下游非定常压力扰动波，促使上游激波在管道中振荡。利用一维流动及声学理论推导出预测激波振荡幅度的一维公式。结果证明，二维数值模拟及一维理论公式能够很好地预测激波非定常振荡幅度；并且数值模拟的计算结果表明非定常激波与边界层干扰流动形态周期性变化，与实验中观察到的现象相符。对管道横向流动进行分区以便分析讨论非定常流动现象，结果表明相对马赫数及逆压力梯度的变化会影响激波与边界层干扰的流动形态。

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图表清单

注释表

第一章 绪论

1.1研究背景

1.2国内外研究现状

1.3本文研究目标和主要内容

第二章 数值计算方法

2.1数学模型

2.2数值计算格式及求解方法

2.3物理特性

2.4本章小结

第三章 算例几何模型及边界条件设置

3.1算例几何模型

3.2网格生成

3.3边界条件

3.4 算例验证

3.5本章小结

第四章 扰动波与激波的相互干扰及其分析

4.1振幅计算理论公式推导

4.2激波振荡幅度

4.3压力扰动波的前传及对激波与边界层的影响

4.4本章小结

第五章 非定常激波与边界层干扰

5.1激波形态分析理论基础

5.2非定常激波与边界层干扰中等熵压缩波区域

5.3激波运动时的流动形态

5.4非定常激波与边界层干扰流动分离

5.5本章小结

第六章 结束语

6.1本文主要结论

6.2 展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文