兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (1): 85-96.doi: 10.12382/bgxb.2022.0470
收稿日期:
2022-05-31
上线日期:
2024-01-30
通讯作者:
基金资助:
LEI Te, WU Yuwen*(), XU Gao, QIU Yanming, KANG Chaohui, WENG Chunsheng
Received:
2022-05-31
Online:
2024-01-30
摘要:
为研究环形燃烧室中边界层、黏性、湍流模拟方法对旋转爆轰流场结构的影响,采用开源计算流体动力学软件OpenFOAM,以氢气为燃料、空气为氧化剂,基于大涡模拟(Large Eddy Simulation,LES)方法、RANS方法、Euler方法,分别结合滑移和无滑移边界,对三维旋转爆轰发动机模型进行数值模拟,分析对比不同计算方法下旋转爆轰流场结构。着重讨论以LES方法得到的流场结构。研究结果表明:当采用滑移边界时内、中、外截面的流场温度无太大差异,当采用无滑移边界时内外壁面温度高于中间截面,边界层会影响近壁区域气体的流动速度,导致内外壁面爆轰波高度低于中间截面,还会影响燃烧产物的流动状态轴向截面上爆轰波波头产生变形;不同湍流计算方法得到的旋转爆轰流场结构存在相似性,黏性是影响旋转爆轰流场结构的主要原因。研究结果对于揭示边界层和黏性对旋转爆轰的影响机制具有一定的科学意义。
中图分类号:
雷特, 武郁文, 徐高, 邱彦铭, 康朝辉, 翁春生. 基于大涡模拟方法的三维旋转爆轰流场结构研究[J]. 兵工学报, 2024, 45(1): 85-96.
LEI Te, WU Yuwen, XU Gao, QIU Yanming, KANG Chaohui, WENG Chunsheng. Study on Three-dimensional Rotating Detonation Flow Field Structures Based on Large Eddy Simulation[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(1): 85-96.
工况 | 计算方法 | 边界条件 |
---|---|---|
1 | Euler | 滑移边界 |
2 | LES | 滑移边界 |
3 | RANS | 无滑移边界 |
4 | LES | 无滑移边界 |
表1 工况设置
Table 1 Case setting
工况 | 计算方法 | 边界条件 |
---|---|---|
1 | Euler | 滑移边界 |
2 | LES | 滑移边界 |
3 | RANS | 无滑移边界 |
4 | LES | 无滑移边界 |
网格尺寸/ mm | 爆轰波峰值 压力/MPa | 相对偏差/ % | 爆轰波传播 速度/(m·s-1) | 相对偏差/ % |
---|---|---|---|---|
0.20 | 5.83 | 1688.33 | ||
0.10 | 7.18 | 18.8 | 1751.93 | 3.63 |
0.08 | 7.52 | 4.52 | 1768.08 | 0.91 |
表2 不同网格尺寸下的爆轰特性参数
Table 2 Detonation characteristic parameters with the change of grid size
网格尺寸/ mm | 爆轰波峰值 压力/MPa | 相对偏差/ % | 爆轰波传播 速度/(m·s-1) | 相对偏差/ % |
---|---|---|---|---|
0.20 | 5.83 | 1688.33 | ||
0.10 | 7.18 | 18.8 | 1751.93 | 3.63 |
0.08 | 7.52 | 4.52 | 1768.08 | 0.91 |
工况 | 平均峰值压力/ MPa | 平均峰值 温度/K | 平均传播速度/ (m·s-1) |
---|---|---|---|
工况1 | 9.16 | 2794.1 | 1803.09 |
工况2 | 7.45 | 2680.6 | 1752.17 |
工况3 | 7.54 | 2645.4 | 1759.28 |
工况4 | 7.08 | 2654.9 | 1751.93 |
表3 不同工况下爆轰波特性参数
Table 3 Characteristic parameters of detonation wave in different cases
工况 | 平均峰值压力/ MPa | 平均峰值 温度/K | 平均传播速度/ (m·s-1) |
---|---|---|---|
工况1 | 9.16 | 2794.1 | 1803.09 |
工况2 | 7.45 | 2680.6 | 1752.17 |
工况3 | 7.54 | 2645.4 | 1759.28 |
工况4 | 7.08 | 2654.9 | 1751.93 |
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