离心式喷嘴全流场数值模拟

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1、第37卷第5期火箭推进V01．37．No．52011年10月JOURNALOFROCKETPROPULSION0ct．20ll离心式喷嘴全流场数值模拟宋大亮，周立新，陈建华，张忠利(西安航天动力研究所，陕西西安710100)摘要：将离心式喷嘴流场数值模拟由内流场扩展至外流场，将喷嘴出口的一段区域纳入计算域，探索用数值模拟方法研究全流场的流动特性并在此基础上对雾化特性进行分析。计算结果给出全流场的液膜形状以及气涡与液膜共存的流场结构，直接给出雾化锥角。采用VOF方法捕捉气液界面，湍流模型选择RNG双方程模型，对容积分数方程选择积分平均型TVD格式求解，建立离心式喷嘴全流场数学

2、模型，编-W数值模拟程序，运用该模型对离心式喷嘴进行全流场数值模拟研究。数值模拟结果与实验值符合较好，验证了模型和算法的有效性。关键词：VOF法；数值模拟；离心式喷嘴；两相流中图分类号：V434-34文献标识码：A文章编号：1672—9374(2011)05—0036—05NumericalsimulationoffullflowfieldofcentrifugalnozzleSONGDa—liang，ZHOULi—xin，CHENJian—hua，ZHANGZhong—li(Xi’anAerospacePropulsionInstitute，Xi’an710100，Chi

3、na)Abstract：ThegasandliquidflowfieldinsideacentrifugalnozzleandinanareaneartheexitofthenozzlewassimulatedbasedonaCFDcodedevelopedfornumericalsimulationofthewholeflowfieldofcentrifugalnozzle．Thegeometryoftheliquidfilmformedinthenozzleanditsdevelopmentaftertheliquidfilmemanatingfromthenozzle

4、waspredicted．Thesprayconeanglewasdirectlvob—ruinedonthebasisofnumericalsimulation．Thegas—liquidinterfacewascapturedbyusingVOFmethod．TheturbulenceeffectofthegasandliquidflowwassimulatedwithRNGk一￡two-equati0nmode1．TVDschemewasincorporatedintotheVOFmethodduringthesolutionofthefluidvol—ume’fra

5、ctionequmions．Thecomputationalresultsagreewiththeexperimentalmeasurements．Thecomputationalmodelandthenumericalalgorithmarevalidated．Keywords：VOFmethod；numericalsimulation；centrifugalnozzle；two—phaseflow收稿日期：2010—12—14；修回日期：2011-0l～2O基金项目：总装备部预研项目作者简介：宋大亮(1984一)．男，硕士，研究领域为推力室设计第37卷第5期宋大亮，等：

6、离心式喷嘴全流场数值模拟37对雾化特l生进行分析，与实验结果进行对比。0引言1基本方程及数值解法离心式喷嘴在液体火箭发动机中广泛应用，虽然对离心式喷嘴进行了大量研究，但现在用于1．1数学模型喷嘴设计的都是经验、半经验公式，估算精度不如图1所示，在离心式喷嘴中液体从切向孔高，设计过程需经过反复试验才能达到要求。阿(或切向槽)进入旋流室，在离心力的作用形成伯拉莫维奇[1对离心式喷嘴进行了理论分析，促旋转液膜，液膜沿着喷嘴壁面向下流动，在出口进了离心式喷嘴的理论研究工作。随着计算流体处形成旋转雾化锥。轴线附近回流的气体和随同力学的发展，研究者开始运用数值模拟方法研究液膜一起向外流

7、动的气体共同构成气涡。实际喷离心式喷嘴的雾化特性。C．Dumouchel嘲采用涡嘴中，液体从切向孔(或切向槽)进入旋流室，量一流函数法对离心式喷嘴内流场进行数值模拟，在本文研究中将其简化为一个入口环带，从而将作为早期的数值模拟研究成果之一，作者对数值流动简化为二维轴对称流动。模拟方法的应用进行了探索，但其不足之处是未喷嘴流场数学模型可描述为：对喷嘴中气液两相流动进行探讨。S．M．Jeng[31采用1)流场分为气相区、液相区，气液两相存ALE方法对离心式喷嘴内流场进行数值模拟，模在明显的分界面；型为放大尺寸喷嘴，对离