留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

矩形隔离段内激波串结构及其影响因素分析

聂粲 汪洪波 孙明波

聂粲,汪洪波,孙明波. 矩形隔离段内激波串结构及其影响因素分析[J]. 实验流体力学,2022,36(4):45-55 doi: 10.11729/syltlx20210141
引用本文: 聂粲,汪洪波,孙明波. 矩形隔离段内激波串结构及其影响因素分析[J]. 实验流体力学,2022,36(4):45-55 doi: 10.11729/syltlx20210141
NIE C,WANG H B,SUN M B. Analysis of shock waves structure and its influencing factors in rectangular isolator[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2022,36(4):45-55. doi: 10.11729/syltlx20210141
Citation: NIE C,WANG H B,SUN M B. Analysis of shock waves structure and its influencing factors in rectangular isolator[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2022,36(4):45-55. doi: 10.11729/syltlx20210141

矩形隔离段内激波串结构及其影响因素分析

doi: 10.11729/syltlx20210141
基金项目: 国家自然科学基金(91741205,11925207)
详细信息
    作者简介:

    聂粲:(1997-),男,北京西城人,硕士研究生。研究方向:高超声速推进技术。通信地址:湖南省长沙市开福区德雅路109号国防科技大学空天科学学院高超声速冲压发动机技术重点实验室(410073)。E-mail:Niecan1031@163.com

    通讯作者:

    E-mail:whbwatch@nudt.edu.cn

  • 中图分类号: V211.48

Analysis of shock waves structure and its influencing factors in rectangular isolator

  • 摘要: 隔离段是超燃冲压发动机的重要组成部分,主要作用是隔绝燃烧与进气道的相互干扰。隔离段中存在的复杂流动现象一直是人们研究和关注的重点。利用三维数值模拟方法对矩形隔离段激波串特性影响因素进行了研究,主要分析了不同来流马赫数、单侧和对称扩张角以及壁面凹腔等因素影响下的激波串特性。结果表明:在高来流马赫数条件下,隔离段内激波串长度变短,隔离段抗反压能力增强,总压损失增大;在单侧和对称扩张隔离段内的激波串结构存在差异,且隔离段后的流场总压损失与扩张形式无关;隔离段添加壁面凹腔后,在不同反压下会出现2种模态(亚临界凹腔模态和超临界凹腔模态),2种模态下隔离段内激波串结构及流场参数特性有所不同,超临界凹腔模态下隔离段抗反压能力下降,总压损失增大。本文的研究结果可为隔离段和燃烧室设计及试验提供参考。
  • 图  1  矩形隔离段结构示意图

    Figure  1.  Schematic diagram of rectangular isolator structure

    图  2  试验及数值模拟的壁面压力比值曲线

    Figure  2.  Simulation and experimental results of the wall pressure ratio curve

    图  3  细、中、粗网格条件下的马赫数及壁面压力云图

    Figure  3.  Mach number and wall pressure cloud graph with refined, medium and coarse grid

    图  4  细、中、粗网格条件下的壁面压力比值曲线

    Figure  4.  Wall pressure ratio curves with refined, medium and coarse grid

    图  5  算例1的马赫数和密度梯度云图

    Figure  5.  The Mach number and density gradient cloud graph of case 1

    图  6  壁面压力比值、马赫数及总压沿流向的变化曲线

    Figure  6.  Curves of wall pressure ratio, Mach number and total pressure along the flow direction

    图  7  算例3的马赫数和密度梯度云图

    Figure  7.  The Mach number and density gradient cloud graph of case 3

    图  8  壁面压力比值、马赫数、总压及出口马赫数曲线

    Figure  8.  Curves of wall pressure ratio, Mach number, total pressure and outlet Mach number

    图  9  扩张角为1°和2°时的密度梯度云图

    Figure  9.  Density gradient cloud graph with expansion angles of 1° and 2°

    图  10  算例3和4的壁面压力比值曲线对比

    Figure  10.  Comparison of wall pressure ratio curves of case 3 and 4

    图  11  单侧扩张角的壁面压力比值曲线

    Figure  11.  The wall pressure ratio curves of single expansion angle

    图  12  算例3和4的总压变化曲线

    Figure  12.  The total pressure curves of case 3 and 4

    图  13  多凹腔燃烧室示意图

    Figure  13.  Schematic diagram of multi-cavity combustion chamber

    图  14  算例5的马赫数云图

    Figure  14.  The Mach number cloud graph of case 5

    图  15  算例2和5的密度梯度云图对比

    Figure  15.  The density gradient cloud graph of case 2 and 5

    图  16  超声速区域流通面积沿流向变化曲线

    Figure  16.  Change curve of supersonic area along the flow direction

    图  17  算例2和5的等值面(Ma=1)云图

    Figure  17.  Iso-surface of Ma=1 cloud graph of case 2 and 5

    图  18  算例2和5的壁面及中心压力比值曲线对比

    Figure  18.  Comparison of wall pressure and center pressure ratio curves of case 2 and 5

    图  19  算例2和5的流场温度、马赫数及总压沿流向变化曲线

    Figure  19.  Change curves of temperature, Mach number and total pressure along the flow direction of case 2 and 5

    表  1  算例设置表

    Table  1.   Table of calculation examples

    算例Ma$ \theta $反压比壁面凹腔
    1 2.5、2.7、3.0 6.0
    2 2.5 3.5/4.0/4.5/5.0
    3 2.5 1°/2°/3°/4°(对称) 5.0
    4 2.5 1°/2°(单侧) 5.0
    5 2.5 3.5/4.0/4.5/5.0
    下载: 导出CSV
  • [1] WALTRUP P J,BILLIG F S. Structure of shock waves in cylindrical ducts[J]. AIAA Journal,1973,11(10):1404-1408. doi: 10.2514/3.50600
    [2] WALTRUP P J,BILLIG F S. Prediction of precombustion wall pressure distributions in scramjet engines[J]. Journal of Spacecraft and Rockets,1973,10(9):620-622. doi: 10.2514/3.27782
    [3] BILLIG F S. Combustion processes in supersonic flow[J]. Journal of Propulsion and Power,1988,4(3):209-216. doi: 10.2514/3.23050
    [4] CROCCO L. One-dimensional treatment of steady gas dynamics[M]//EMMONS H W. Fundamentals of gas dyna-mics. Princeton: Princeton University Press, 1958. doi: 10.1515/9781400877539-004
    [5] IKUI T,MATSUO K,NAGAI M. The mechanism of pseudo-shock waves[J]. Bulletin of JSME,1974,17(108):731-739. doi: 10.1299/jsme1958.17.731
    [6] HOEGER T C, KING P I. 2-D transient CFD model of an isolator shock train[R]. AIAA 2011-2221, 2011. doi: 10.2514/6.2011-2221
    [7] HOEGER T C. CFD transient simulation of an isolator shock train in a scramjet engine[D]. Alabama: Air University, 2012.
    [8] BALU G, GUPTA S, SRIVASTAVA N, et al. Experimental investigation of isolator for supersonic combustion[C]//Proc of the 38th AI-AA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit. 2002. doi: 10.2514/6.2002-4134
    [9] 金亮,吴先宇,罗世彬,等. 隔离段反压对激波串起始位置的影响[J]. 推进技术,2008,29(1):54-57. doi: 10.3321/j.issn:1001-4055.2008.01.012

    JIN L,WU X Y,LUO S B,et al. Influence of back pressure on location of shock train in isolator[J]. Journal of Propulsion Technology,2008,29(1):54-57. doi: 10.3321/j.issn:1001-4055.2008.01.012
    [10] 何粲. 双模态超燃冲压发动机隔离段流动特性研究[D]. 绵阳: 中国空气动力研究与发展中心, 2015.
    [11] LIN K C, TAM C J, JACKSON K, et al. Characterization of shock train structures inside constant-area isolators of model scramjet combustors[C]//Proc of the 44th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit. 2006. doi: 10.2514/6.2006-816
    [12] DI STEFANO M A,HOSDER S,BAURLE R A. Effect of turbulence model uncertainty on scramjet isolator flowfield analysis[J]. Journal of Propulsion and Power,2019,36(1):109-122. doi: 10.2514/1.B37597
    [13] QUICK A, KING P, GRUBER M, et al. Upstream mixing cavity coupled wtih a downstream flameholding cavity behavior in supersonic flow[C]//Proc of the 41st AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit. 2005. doi: 10.2514/6.2005-3709
  • 加载中
图(19) / 表(1)
计量
  • 文章访问数:  466
  • HTML全文浏览量:  258
  • PDF下载量:  44
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2021-09-29
  • 修回日期:  2021-12-01
  • 录用日期:  2021-12-03
  • 网络出版日期:  2022-09-23
  • 刊出日期:  2022-09-02

目录

    /

    返回文章
    返回

    重要公告

    www.syltlx.com是《实验流体力学》期刊唯一官方网站,其他皆为仿冒。请注意识别。

    《实验流体力学》期刊不收取任何费用。如有组织或个人以我刊名义向作者、读者收取费用,皆为假冒。

    相关真实信息均印刷于《实验流体力学》纸刊。如有任何疑问,请先行致电编辑部咨询并确认,以避免损失。编辑部电话0816-2463376,2463374,2463373。

    请广大读者、作者相互转告,广为宣传!

    感谢大家对《实验流体力学》的支持与厚爱,欢迎继续关注我刊!


    《实验流体力学》编辑部

    2021年8月13日