计算流体力学论文

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1、准一维喷管流动的控制方程推导喷管是指通过改变管段内壁的几何形状以加速气流的一种装置。喷气发动机中把高压燃气(或空气)转变为动能，使气流在其中膨胀加速以高速向外喷射而产生反作用推力的部件，又称排气喷管、推力喷管或尾喷管。喷管类型很多，有固定的或可调的收敛喷管、收敛-扩散喷管,引射喷管和塞式喷管等，根据飞行器性能和发动机工作特点选用。高速歼击机大多采用可调的收敛喷管和可调的收敛－扩散喷管或引射喷管；火箭发动机常用固定式收敛-扩散喷管；垂直或短距起落飞机采用换向喷管。假设在喷管内任一给定位置，此处横截面记为A，并且这一截面的流动参数相同。因此，虽然喷管的截面积随着喷管内x方向变化，

2、事实上流动是二维的，假设流动参数只随x变化，这种流动定义为准一维流动。对准一维喷管内流体的控制方程研究，有助于了解喷管内流体的运动状况,因而可通过改变喷管形状，使流体获得我们期望的流动状况。该过程是对喷管性能分析必不可少的阶段，其直接关系到喷管设计的成败。以下便是准一维喷管流动的部分控制方程推导:　1、连续性方程推导：积分形式下的连续性方程为：①控制体实际是喷管流动的一薄层，取薄层微元厚度为dx。设控制体薄层左侧上密度、速度、压力和内能量均匀，分别为，V，p，e。右侧为，V+dV，p+dp，e+de。如下图所示：则式①左边项可表示为：②右边项可表示为：③展开并略去高阶微分项得

3、：④将②和④代入①得：⑤除以dx后得：⑥式⑥为准一维非定常流动的偏微分形式的连续性方程，其表征了喷管中流体运动的质量守恒。与一维连续性方程比较可得：准一维连续性方程式中加入了喷管截面面积A。当A恒定时，便得到一维连续性方程。2、动量方程推导：无粘流动并忽略体积力的动量方程为：⑦其中表示在x方向上的投影。方程⑦左边项为：⑧⑨对等式右边压力项进行分析，其微元薄层如下图：向量的x方向分量分别显示在控制体的四个面上。由于总是指向控制体外，作用在左侧的x方向分量均为负值，作用在右侧的x方向分量均为正值。因此方程⑦右端项为：⑩将⑧⑨⑩式代入⑦得：⑾略去高阶微分项得：⑿两边同时除以dx得：

4、⒀将⑹式两边乘以A得：⒁⒀-⒁得：化简后为：⒂上式即为准一维流动的非守恒型动量方程。其和一维流动动量方程相同。3、能量方程推导：对于无粘无体力的绝热流动，积分形式能量方程为：⒃将⒃变形为：⒄略去高阶微分项，合并同类项得：⒅方程两边除以dx得：⒆上式即为准一维非定常流动的守恒性能量方程。表征流体在喷管内流动的能量守恒原理。