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水下燃气喷管高速射流问题研究

水下燃气喷管高速射流问题研究

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作者：徐小强浙江大学

学位级别：硕士

火箭水下点火瞬间的燃气喷管高速射流一个复杂的物理过程。喷管外水流场的背压效应将会限制燃气的迅速扩散，大量喷入水中的燃气形成燃气泡，在水中以很快的速度膨胀，其所造成的压力场会对导弹载荷和运动产生影响，点火瞬间喷管中的气... 详细信息

火箭水下点火瞬间的燃气喷管高速射流一个复杂的物理过程。喷管外水流场的背压效应将会限制燃气的迅速扩散，大量喷入水中的燃气形成燃气泡，在水中以很快的速度膨胀，其所造成的压力场会对导弹载荷和运动产生影响，点火瞬间喷管中的气流场和管口外的水流场物理变化非常迅速，气流中会出现复杂激波系的动态传播等，是一个涉及可压与不可压缩相的非稳态两相流动工程问题。有限体积方法，特别是间断解的非结构网格有限体积方法是当前计算流体力学研究的热点，而其中的活动界面追踪问题的数值模拟方法和活动界面的重构技术更是这中间非常活跃的一个领域。Fluent是目前在全球应用最为广泛的计算流体力学通用软件，在它的辅助之下，许多复杂工程流体力学问题已经得到了很好的解决并得到了工业界的广泛认同，但针对上述问题，Fluent还没有成功的先验算例。稳重在系统考察了Fluent的核心算法和理论基础之后，通过选择调整Fluent的现有算法，结合自己的程序模块，解决了这一问题。本文给出了包括数值方法介绍、计算模型建立以及计算结果的处理分析的相关算例，数值实验表明，此方法可以较为全面反映水下燃气喷管射流形成初期的物理过程，得到了丰富的计算数据，成功分辨捕捉了流场中复杂的动态激波结构以及燃气泡的成长过程，与文献中的计算结果吻合程度良好。另外，文中还给出了作者另外一部分工作的相关内容，即利用推广了的建立在半交错网格基础上的连续性方程压力连接方法来计算不可压缩粘性轴对称体内外流问题，整个内外流流场分块生成结构化网格，统一求解，与建立在交错网格上的有限体积方法计算，并查验了计算区域与网格类型的差异对计算结果的影响。

关键词：水下燃气射流气水界面追踪气泡成长数值计算有限体积法 cfd软件研究与应用

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