伴随凝结的喷管旋涡流动研究

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1、１命？料芩在名大爸ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｏｆＣｈｉｎａｙｇｙ硕士学位论文戀论文题目伴随凝结的嘈箐旋涡浼动研免作者姓名洗体冷学学科专业罗絲紐导师姓名二〇—八完成时间年五刀硕士学位论文ａ⑩伴随凝结的喷管旋涡流动研究作者姓名：闫浩杰学科专业：流体力学导师姓名：罗喜胜教授＾切：２０完成时间１８年５月１７日ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄ

2、ＴｅｃｈｎｏｌｏｏｆＣｈｉｎａｙｇｙＡｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎｆｏｒｍａｓｔｅｒｄｅｒｅｅｇ＃－ｎｏｚｚＳｔｕｄｏｆｖｏｒｔｅｘｌｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓｙｗｉｔｈｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎＡｕｔｈｏｒ：ＨａｏｉｅＹａｎｊＳｅｃｉａｌｉｔ：ＦｌｕｉｄＭｅｃｈａｎｉｃｓｐｙＳｕｅｒｖｉｓｏｒ：Ｐｒｏｆ．ＸｉｓｈｅｎＬｕｏｐｇＦｉｎｉｓｈｅｄＴｉｍｅ：Ｍａ２０１８ｙ，中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的

3、学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除己特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研宄成果一。与我同工作的同志对本研究所做的贡献均己在论文中作了明确的说明。ｚ作者签名：签字日期：ｏ／ｉ中国科学技术大学学位论文授权使用声明一作为申请学位的条件之，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中

4、国学位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的一致内容相。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。４开□保密年：导师签名作者签名：（签字日期：Ｌｆ签字日期：摘驳摘要旋涡、凝结都是日常生活和工业生产中十分常见的物理现象，得到了人们一的广泛关注和深入研宄，，。在些特定条件下比如各类喷管中这些现象相互影响，产生复杂的相互作用过程，甚至改变相关设备的工作条件。本文采用基

5、于ＶＡＳ２Ｄ程序发展而来的ＡＳＣＥ２Ｄ程序，通过设计跟随旋涡移动的网格加密方法，实现了对旋涡演化细节的精细捕捉，并对喷管中的旋涡流动及其与凝结相互作用过程进行了数值研宄。首先，针对喷管与旋涡相互作用问题，建立了由Ｔａｙｌｏｒ涡和Ｌｕｄｗｉｅｇ管构成的数值模型，模拟了旋涡通过喷管的完整过程。着重考察了不同的旋涡强度下，喷管内流动参数、波系结构等）和旋涡特征参数（旋涡形状、（喷管轴线压力涡心轨迹、涡心迁移速度、旋涡面积等）随时间的演变规律。结果表明在喷管前部旋涡产生明

6、显的压力扰动；在喉道前后的膨胀区旋涡向外扩散，面积增大但总环量基本维持不变，压力扰动逐步降低，。当旋涡较强时旋涡内部上下位置产生激波，并于涡核处中断。逆时针旋涡接近喉道后，涡心轨迹开始向上壁面偏转，迁移速度受到抑制旋涡越强，轨迹上抬程度越明显，迁移速度越小。；然后，研究了存在水蒸气凝结时喷１：ｆ旋涡相互作用问题＝通过提高驻室总温的方法，实现了旋涡内凝结和主流凝结在时间和空间上的分离，抑制了喷管主流凝结的自激振荡，能更清晰地分析旋涡内凝结与喷管的相互作用。结果表明旋涡内

7、温度降低产生凝结，凝结释放的潜热使得局部温度升高，两者竞争形成了温度、密度和液态水质量分数等参数由涡中心向外周期波动变化的现象；发现强涡由于涡内温度更低在喷管中凝结的位置较弱涡靠前；发现在喷管出口，强涡生成的液滴平均半径较弱涡小，液滴数量较弱涡多；发现涡内凝结速率和液滴增长速率由于水蒸气消耗和跟随主流降温两个作用的影响出现波动；发现凝结会导致涡量向涡核集中，旋涡面积减小；发现旋涡在喷管中输运时涡内成核率先升高后降低，之后再次升高。关键词：旋涡，喷管，凝结，矩方法Ｉ

8、ＡＢＳＴＲＡＣＴＡＢＳＴＲＡＣＴｄ？Ｖｏｒｔｅｘａｎｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎａｒｅｃｏｍｍｏｎｈｓｉｃａｌｈｅｎｏｍｅｎａｉｎｄａｉｌｌｉｆｅａｎｄｉｎｄｕｓｐｙｐｙ－ｔｒｉｈａｖｅｉｗｉｄａｉｉｄｅｈ．ｉａｌｒｏｄｕｃｔｏｎ，ａｎｄｒｅｃｅｖｅｄｄｅｓｐｒｅａｔｔｅｎｔｏｎａｎｄｎｐｔｈｒｅｓｅａｒｃＵｎｄｅｒｐ？ｃｅｒｔａｉｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｓｕｃｈａｓｖａｒｉｏｕｓｔｅｓｏｆｎｏｚｚｌｅｓｔｈｅｓｅｈｅｎ