冲压发动机流场及辐射特性数值模拟

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1、国内图书分类号：TK123学校代码：10213 国际图书分类号：621.1.016.7密级：公开工学硕士学位论文冲压发动机流场及辐射特性数值模拟硕士研究生：周芳导师：董士奎教授申请学位：工学硕士学科：动力工程及工程热物理所在单位：能源科学与工程学院答辩日期：2011年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TK123U.D.C.:621.1.016.7DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringNUMERICALSIMULATIONOF

2、SCRAMJETFLOWFIELDANDTHERMALRADIATIONCandidate：ZhouFangSupervisor：Prof.DongShi-kui AcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineering Speciality：EngineeringThermophysicsAffiliation：SchoolofEnergyScience&Engineeringth,2011DateofDefence：June,30Degree-Conferring-

3、Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学硕士学位论文摘要冲压发动机有着体积小、速度快及工作范围广等特点,是临近空间高超声速飞行的首选动力装置，在军事、航天领域的应用前景非常广阔。目前各国的主要研究力量放在解决燃烧室及喷管的燃烧组织、流动控制和热防护等冲压发动机技术发展的瓶颈问题上，而关于其燃烧室内辐射换热及喷焰红外辐射信号特征研究工作尚不多见。但着眼于冲压发动机热防护及其未来的红外探测和隐身设计问题，对燃烧室及喷焰流场辐射特性进行研究是必要的。本文基

4、于Fluent软件对Billig型冲压发动机流场进行了系统的模拟研究，考虑了多步化学反应、湍流及颗粒相的影响；基于流场计算结果，开展了冲压发动机燃烧室壁面辐射热流及喷焰红外辐射特性建模与计算研究，获得了不同工况下Billig型冲压发动机燃烧室壁面辐射热流分布及尾喷焰红外辐射空间和光谱分布特性数据。论文主要工作包括：(1)Billig型冲压发动机燃烧室流场及辐射传热特性模拟在考虑燃烧多步化学反应机理的基础上，数值模拟获得了燃烧室流场，对比表明计算结果与实验数据基本相符；系统模拟了氢和煤油燃料的Billi

5、g型冲压发动机燃烧室流场，比较了不同当量比条件下的流场特征。采用合并宽窄谱带K分布模型结合离散坐标法，对燃烧室流场辐射传输特性进行模拟，获得了不同工况下壁面辐射热流分布特性。(2)Billig型冲压发动机喷管及尾焰流场及红外特性模拟考虑尾焰内燃气的复燃过程，对喷管与尾焰流场进行了整体模拟，获得了以氢和煤油为燃料的Billig型冲压发动机不同飞行马赫数条件下尾喷焰流场特性参数。在此基础上，基于窄谱带模型法计算获得流场内燃气辐射物性参数，采用标准红外辐射模型SIRRM的辐射传输算法对尾喷焰红外辐射特性进行

6、了计算，获得不同工况下冲压发动机尾焰红外辐射信号数据。关键词冲压发动机；燃烧室流场；喷焰流场；壁面辐射热流；红外辐射；-I-哈尔滨工业大学硕士学位论文AbstractOwingtosmallsize,highspeedandwideworkspace,theRamjetisviewedasthepreferredpowerplantfornearspacehypersonicflightandhaswidelyapplicationinmilitaryfieldandaerospaceindustry

7、.Atpresent,theliteratureinvolvingtheresearchofradiationheattransfercombustionchamberandinfraredradiationcharacteristicsoframjetexhaustplumeisrare.However,itisreasonabletocarryoutsuchstudyforthethermalprotection,infuturetheinfrareddetectionandstealthdesi

8、gnresearch.Inthisthesis,takingintoaccountofmulti-stepchemicalreactionmechanismofcombustionandtheinfluencesofturbulenceandparticlephase,scramjetcombuster,nozzleandtrailflameflowfieldarenumericallysimulatedusingFluentCFDsoftware,an