一、湍流两相燃烧流场并行程序的改造与测试研究（论文文献综述）
张旋[1]（2020）在《弹道枪水下发射膛口流场特性研究》文中研究指明枪炮水下发射时,高温高压的火药燃气会在弹丸飞离膛口后迅速喷出扩展形成水下膛口燃气流场。水下膛口流场是一种非定常、多维多相,且与运动弹丸相互作用并包含多种激波结构的复杂流场。火药燃气射流的气液界面会对膛口燃气流场的发展产生重大的影响,膛口燃气流场还会对弹丸运动产生扰动从而影响射击精度。因此,研究膛口流场的演变机理及影响因素对水下武器的实验指导和提高武器的射击精度具有一定的意义。本文主要以数值模拟分析为主并结合实验验证的方法,针对14.5mm弹道枪水下不同发射工况下膛口燃气流场进行了数值计算,主要研究内容与结果如下:1)建立了水下膛口流场二维轴对称非稳态理论模型,对14.5mm弹道枪在定压与变压两种不同发射条件下的膛口燃气流场进行了数值计算,对比分析了膛口燃气流场形成过程及特性,结果表明,定压发射时马赫盘直径比变压发射时的马赫盘直径更大,随着火药燃气的不断衰减,定压发射时的燃气流场波系结构更加清晰完成;两种不同发射条件下的马赫盘距离膛口中心的位置随时间变化都遵循指数分布规律。2)建立了水下膛口流场二维轴对称非稳态理论模型,对14.5mm弹道枪水下无初始流场,三种不同弹丸发射初速条件下的膛口燃气流场进行了数值计算,对比分析了数值计算结果,可知三种不同初速条件下的膛口马赫盘初步形成的时间基本一致,燃气扩展过程中压力先迅速衰减,在穿越马赫盘之后会有不同程度的上升,初速最小时,燃气压力在较早的位置上升;初速度越大时,马赫数到达的峰值越大。同时对14.5mm弹道枪水下三种不同燃气喷射压力条件下膛口流场进行了数值计算,研究了不同膛口喷射压力对膛口燃气流场特性的影响,通过对比分析结果,可知三种不同喷射压力时的马赫盘初步形成的时间基木一致,在150μs左右形成;膛口温度沿轴向先下降,穿越马赫盘后又有所升高。3)通过对14.5mm弹道枪在不同水深条件下的膛口流场进行了数值计算,研究了外部环境（水深）对弹道枪水下发射膛口流场特性的影响。结果表明,随着水深的不断增加,火药燃气在扩展过程中受到相对更大的水压使得燃气核心区越来越小,马赫盘距离膛口的位置越来越近;三种不同水深条件下的马赫盘距离膛口位置都呈指数分布规律;随着水深的增加,火药燃气温度波动减少且到达的最大值更高。
李冬冬[2]（2020）在《激波与伴随蒸发和燃烧的铝液滴相互作用的数值模拟研究》文中认为激波与铝液滴相互作用是TBX（Thermobaric explosives）爆炸中的典型问题,涉及可压缩多相流动、液体空化、蒸发及燃烧等复杂的物理化学过程,对其相互作用的研究不仅有助于理解TBX中金属颗粒的燃烧和热释放机制,而且对激波动力学、多相流动及凝聚介质界面不稳定性的研究有重要的学术价值。目前,对这一复杂的伴随蒸发和燃烧的可压缩气/液多介质流动问题仍然缺少深入的研究和认识。激波与铝液滴相互作用的复杂程度给实验和理论研究带来了极大的困难,因此,数值模拟成为了研究此问题的一种高效、经济的手段。近年来,数值方法虽然在铝燃烧、可压缩多相流和激波与可燃气体相互作用等方面取得了长足的发展,但对激波与铝液滴相互作用这一复杂问题,仍然缺少有效的数值工具。因此,本文的主要工作是构造适用的可压缩气/液多介质流动燃烧算法并应用该方法对激波与铝液滴相互作用问题进行研究。具体工作如下:1、深入分析了激波与铝液滴相互作用过程中涉及的复杂现象,建立了相应的物理、化学模型来描述可压缩气/液流动、空化、表面蒸发、燃烧、凝结等现象,开发了一套适用于可压缩气/液多介质流动燃烧的数值方法。该方法利用双通量算法、五阶WENO和三阶Runge-Kutta格式模拟非定常化学反应流,实现了level-set方法、伴随蒸发的气/液界面问题的精确黎曼求解和真实虚拟流体方法的结合。利用典型的一维流动和燃烧问题对算法进行了可靠性和精度检验。2、应用数值方法对激波与气柱、激波与可燃气泡及激波与水柱的相互作用问题进行了模拟。通过与现有实验或理论研究结果的对比验证了数值方法的可靠性,研究了椭圆气柱和气泡结构对物质混合的影响以及激波作用下水柱内部的空化过程及其与波系演化的关联。3、对激波与不考虑蒸发和燃烧的铝液滴相互作用过程进行了数值研究,分析了激波作用铝液滴后的波系演化、空化、液滴变形及流动建立过程。数值模拟获得了不同激波强度下的铝液滴内部波系演化过程,捕捉到了铝液滴内部空化区的多次形成和溃灭过程及铝液滴在激波作用下的扁平/剥离（flattening/stripping）变形模式。数值模拟结果也表明气相区域的非定常流动主要来自于铝液滴背风面的流动分离和界面变形产生的扰动。4、对激波与伴随蒸发和燃烧的铝液滴的相互作用过程进行了数值研究。数值模拟结果清晰地捕捉了铝液滴在激波作用下的蒸发和燃烧过程。与稳态蒸发理论结果的对比表明,激波的作用一方面增强了铝液滴表面的对流,加快了蒸发形成的铝蒸气离开铝液滴表面的速度,促进了铝液滴的蒸发;另一方面增加了铝液滴表面的压力,减小了液滴表面铝蒸气的形成速率,一定程度上抑制了铝液滴表面蒸发。铝液滴的表面蒸发速率由二者的竞争作用决定。在对流的作用下,铝液滴表面的蒸发产物和燃烧产物不断向下游输运,燃烧主要发生在铝液滴的表面和下游旋涡区。燃烧的存在也促进了铝液滴的表面蒸发。综上所述,本文所建立的数值方法适用于可压缩气/液多介质流动燃烧的模拟,不仅可用来开展可压缩气体、液体及气/液高速流动等基础问题的研究,还可以计算包含相变和燃烧等复杂现象的物理化学问题。运用文中构建的数值方法研究了激波与铝液滴的相互作用现象,获得了激波作用下的铝液滴蒸发和燃烧过程,解释了激波对铝液滴蒸发和燃烧的影响,为进一步的研究奠定了数值基础。
杨揖心[3]（2018）在《后缘突扩型凹腔超声速流动模式与稳焰机理研究》文中提出如何在超声速气流中组织稳定高效的燃烧是研制超燃冲压发动机所面临的核心技术难题之一。传统的凹腔火焰稳定器在宽飞行马赫数及高当量比条件下呈现出诸多弊端,为此,后缘突扩这一构型优化方案被提出并使用于凹腔火焰稳定器上。本文以应用于超燃冲压发动机燃烧室中的后缘突扩型凹腔火焰稳定器为研究对象,以进一步明晰其流动模式与稳焰机理为研究目标,综合采用数值仿真、实验观测与理论建模的方法,对超声速气流中后缘突扩型凹腔的流动、混合、燃烧特性开展了研究。基于混合RANS/LES方法建立了一套适用于超声速湍流流动混合问题的高精度数值模拟方法。构造了一种具有高分辨率与强鲁棒性的非线性过滤器激波捕捉格式,并提出了一种改进的入口湍流边界层合成涡生成方法。进一步构建了超声速湍流燃烧大涡模拟的方法模型体系。在解耦求解流动与燃烧过程条件下给出了多组分混合物输运系数的简化计算方法。给出了常用气态燃料与空气反应的改进简化机理,并提出了一种基于两点求积方法的部分搅拌反应器/尺度相似的湍流化学反应相互作用封闭模型与湍流施密特数的简化计算方法。采用数值模拟方法研究了不同后缘突扩率凹腔构型下二维冷态流动特性,探讨了后缘突扩效应对于凹腔冷态流动特性的影响。研究发现,凹腔后缘突扩效应会显着地弱化凹腔附近激波强度,压缩与分裂回流区涡结构同时降低流动阻力,且这个效应随着凹腔后缘高低变化呈现非线性趋势。总结了超声速气流中后缘突扩凹腔的流动模式,并建立了一个关联凹腔内外流动物理量参数的剪切层增长率数学模型。进一步研究了凹腔上游喷注燃料的混合过程并分析了不同凹腔构型与喷注动量比条件下的混合流场差异。结果表明凹腔后缘突扩效应有助于降低沿程总压损失,但同时会削弱燃料射流的混合效率以及凹腔对燃料射流的卷吸能力。结合实验与数值模拟手段研究了后缘突扩型凹腔上游喷注燃料的燃烧特性。当全局当量比较低时,后缘突扩型凹腔中的反应释热区仍旧主要集中于凹腔周围,凹腔下游将散布诸多反应气团,并在下游近壁区形成较为稳定的尾焰释热区。计算结果表明,回流区内的局部燃烧释热与当地的湍流强度之间具有关联性。凹腔的后缘突扩构型将削弱凹腔的火焰稳定能力,过量的后缘突扩程度将可能导致凹腔彻底丧失火焰稳定能力。在后缘突扩率过大的凹腔中点火,其生成的初始火焰将可能直接被吹熄,研究发现初始火焰吹熄的本质原因是初始火焰在向上游剪切层及回流区传播的途中遭遇了上方高速气流的冲击,导致其无法在凹腔剪切层或回流区中形成火焰基底。提出了一个关于后缘突扩凹腔火焰稳定性的几何极限概念,阐释了凹腔几何构型量变引起凹腔稳焰性能质变的物理机制。进一步分析了凹腔后缘高度对凹腔稳定的火焰结构的影响。研究结果表明,较之常规非突扩凹腔,后缘突扩凹腔中的火焰整体更近贴近底壁,受到主流的压缩效应更加明显,且凹腔下游的火焰更弱。后缘突扩效应将降低燃烧效率,削弱燃烧室展向中心区域的集中释热,延缓高当量比条件下侧壁火焰的产生。通过改变凹腔构型与全局当量比发现了后缘突扩凹腔燃烧流场的三种稳燃模式。包括凹腔剪切层稳燃模式,扩张回流区/抬升剪切层稳燃模式与凹腔辅助的射流尾迹稳燃模式。三种模式下火焰基底的位置不同,所对应的稳焰机制也存在显着差异。实验研究表明,凹腔后缘突扩效应总是倾向于推迟凹腔稳燃模式由释热较弱的剪切层稳燃模式向释热较强的射流尾迹稳燃模式的转换,从而有助于防止高当量比条件下燃烧室的热壅塞。进而给出了后缘突扩型凹腔设计的初步准则。基于实验现象与数值模拟结果建立了后缘突扩型凹腔的火焰稳定边界模型。提出了一类描述超声速气流中气态喷注物的横向射流混合过程的数学模型,给出了射流中心迹线,穿透深度与燃料展向扩散的经验关系式。针对常规非突扩凹腔中的火焰稳定边界,完善了系列关键物理子过程的数学模型,将有效当量比和Damokhler数与吹熄准则联系起来建立了描述凹腔贫燃与富燃极限的数学模型。在此基础上依据后缘高度的降低修正了射流扩散模型、有效当量比计算方法、凹腔特征流动时间及其他相关子过程模型,建立了后缘突扩型凹腔贫燃火焰稳定边界的数学模型。最后,总结了凹腔后缘突扩效应对燃烧室工作性能的影响。
杨雨[4]（2017）在《大涡模拟一体化加力燃烧室三维流场》文中研究说明为了研究新型一体化加力燃烧室内的非稳态流动及燃烧过程,本文发展并完善了大涡模拟数值仿真程序,使其能够运用于类似加力燃烧室复杂结构瞬态流场分布的数值模拟中,为加力燃烧室内的热声耦合特性分析奠定基础。为了解决结构复杂的一体化加力燃烧室的结构化网格生成和计算问题,本文采用固体遮挡法处理加力燃烧室中的固体区域。该方法不仅极大地减少了网格生成时间,且能够有效的提高计算效率。选取经典台阶流动作为计算验证对象,将数值仿真结果与虚单元法及试验对比发现,两种方法获得的流场结构基本一致且与试验结果吻合较好,从而验证了固体遮挡处理方法的合理性。为了提高对加力燃烧室的预测准确性,本文在大涡模拟计算程序的基础上,添加了k方程和动态亚格子湍流模型的计算程序模块,编制了亚网格EBU燃烧模型与火焰面模型的计算模块;以Sandia国家实验室的典型扩散火焰结构为数值仿真验证对象,研究不同亚格子湍流模型和湍流燃烧模型对燃烧流场预测的影响,并将计算结果与试验进行了对比验证。结果表明,对于具有回流、射流和涡团耗散掺混等现象的复杂流动,采用动态亚格子模型的计算结果与试验数据相符较好,而Smagorinsky,k方程两种亚格子湍流模型则过高的预估了亚网格粘性的影响;两种燃烧模型在贫油区域内与试验结果吻合较好,而在富油区域内存在一定的差异,但总体而言,多步反应机理的火焰面模型预测结果更贴近试验结果。基于固体遮挡法,采用在回流掺混等复杂流动预测中适应性较好的动态亚格子湍流模型,在非交错网格体系下对一体化加力燃烧室的非稳态流场进行数值仿真研究,获得了非反应流场的数值预测结果。研究表明,在加力燃烧室空心叶片尾部出现明显的周期性涡脱落,并存在较为稳定的回流区,说明了空心叶片具有稳定火焰的作用;在叶片通道末端出现了明显的流动分离,同时中心锥后侧存在较大的涡旋,流动损失较大,表明该加力燃烧室内涵流道设计方案存在一定的不足。上述计算结果表明该计算程序能够较好地适用于航空发动机加力燃烧室等复杂结构的数值仿真。
万凯迪[5]（2016）在《煤粉热解、燃烧及碱金属释放与反应特性的大涡模拟》文中提出我国的能源结构以煤为主,煤炭资源的燃烧利用为我国经济的稳定、高速发展做出了巨大贡献,但同时燃煤过程中产生的污染物如SO2、NOx,等引发了严重的环境问题。此外,煤粉燃烧时释放的碱金属会加速锅炉受热面的积灰、结渣和腐蚀,危及锅炉的安全运行。为此,急需开发高效、清洁的煤粉燃烧与利用技术,如煤炭分级利用多联产技术等。开发高效、清洁的煤粉燃烧与利用技术需要我们深入地了解煤粉气固两相湍流反应中的热解、燃烧以及污染物释放与反应过程。基于此,本文通过数值模拟与实验测量相结合的研究方法,对煤的热解特性、煤粉气固两相湍流热解/燃烧特性以及煤粉湍流火焰中碱金属反应动力学特性等煤粉高效、清洁燃烧与利用中的若干关键问题进行了研究。首先,为进一步深入理解煤的热解过程,本文基于自行搭建的单颗粒实验平台,结合质量、温度等多种测量手段对准东煤、大同烟煤、麦壳-生物质、玉米秸秆-生物质以及这两种煤、两种生物质的混合燃料在高升温速率下（相对于热重分析法）的热解特性进行综合分析。采用了单一变量法研究了不同热解温度、颗粒尺寸、燃料种类对煤/生物质热解特性的影响,同时采用全面实验法探索了不同混合比例下煤与生物质混合热解的特性。同时,利用化学渗透脱挥发分（CPD）热解模型耦合颗粒能量方程对实验过程进行模拟。通过对比实验测量及模型模拟结果,更好地揭示了煤颗粒在不同因素影响下的热解规律。然后,本文利用大涡模拟的手段结合两种不同的煤热解模型:一种典型的基于煤结构的详细热解模型——CPD模型,和一种典型的宏观煤热解模型——单方程热解模型,对高温氮气环境下煤粉在气固湍流射流中的热解过程进行了模拟研究和对比。同时探索了一系列关键参数,包括颗粒直径、煤种、给煤量、载气流速和热解温度等,对气固湍流中煤粉热解特性的影响。接着将煤粉气固两相湍流射流从热解工况拓展到燃烧工况,利用先进的热解模型和挥发分燃烧模型结合大涡模拟研究了两种不同类型的煤粉两相湍流射流火焰,即采用甲烷值班火焰稳燃的煤粉射流火焰A和采用高温伴流点燃的煤粉射流火焰B。对于煤粉燃烧的三个阶段,即热解阶段、挥发分燃烧阶段和焦炭燃烧阶段,采用的模型分别为:在线CPD模型、PaSR模型和反应/扩散联合控制模型。为了进一步探索煤粉两相湍流燃烧过程中碱金属的释放和反应特性,本文基于化学反应建表法发展了一个适用于在煤粉燃烧大涡模拟中预测钠组分化学反应的反应模型。钠组分的化学反应表格基于一系列采用详细反应机理的钠组分化学轨迹的零维模拟建立。采用了当量比、钠元素的质量分数和气相温度这三个参数来定义钠组分物质化学反应轨迹的初始条件,这三个参数再加上表征钠组分化学反应进行程度的反应进程变量,即为钠组分化学反应表格的四个坐标。建立反应表格后,利用该反应表格计算了不同初始条件工况下钠组分的零维化学反应并与钠组分详细机理的预测结果进行了对比,两者吻合良好,验证了所建反应表格的准确性。随后,建立的钠组分化学反应表格被耦合到煤粉燃烧的大涡模拟中,用以预测一个采用高温伴流点燃的煤粉火焰中钠组分的化学反应。最后,本文对所发展的气固两相煤粉燃烧大涡模拟程序LESsCOAL的并行效率进行了探讨和优化,重点讨论了程序颗粒模块与辐射模块的优化方法。经过并行优化,LESsCOAL已经能在英国国家超级计算机ARCHER上使用多达3000核心时取得一个令人满意的并行效率。这为将来在实际的工业燃烧器等较大规模的煤粉燃烧工况下进行大涡模拟研究提供了可能。
李朗[6]（2015）在《一种向低速域扩展的化学反应流动数值模拟研究》文中进行了进一步梳理超燃冲压发动机燃烧室内充满着激波、旋涡、点火与燃烧以及激波／边界层相互作用和分离流动等复杂现象,燃烧室内既有核心区域的超音速流动,又有边界层或凹腔区域的亚音速（低速）流动。航空涡轮发动机燃烧室不仅几何结构复杂,带有旋流和回流等复杂物理化学现象,而且内流道兼含可压缩和不可压缩流的双重特征。数值方法为揭示发动机燃烧室流场的详细特征而发挥了越来越重要的作用,尤其在研制初始阶段,能为澄清新机理和发动机选型提供有效依据。本文围绕超燃冲压发动机及航空涡轮发动机燃烧流场进行了研究。基于传统三维多组分Navier-Stokes方程,采用预处理方法,针对气态燃料燃烧流场,利用高阶AUSM+-up格式、LU-SGS隐式时间推进方法、有限体积法及有限速率化学反应模型等发展了一套从低速流动到超音速流动的统一求解方法和高效、高精度大规模并行计算CFD软件平台。在神威机群上对有无预处理程序进行了多方面的算例验证后,对超燃冲压发动机及航空涡轮发动机燃烧室内部流场开展了较为细致的数值研究,并将数值模拟结果与有关实验数据进行了对比和分析,为超燃冲压发动机及航空涡轮发动机燃烧室的机理研究和型号设计提供依据。本文主要工作总结如下：发展了一套能够求解从低速到超音速化学反应流动的大规模并行程序。通过在三维多组分控制方程伪时间项施加自行推导的基于压力、速度及温度为原始变量的预处理矩阵,基于有限体积法,空间无粘通量采用AUSM+-up分裂格式,时间推进采用LU-SGS隐式时间推进方法,化学反应燃烧模型采用有限化学速率进行求解。算例验证结果表明本文发展的高精度并行程序能够有效地求解全速域化学反应流动问题,使得原有计算能力拓展到能覆盖低速的能力。对矩形截面直连式超燃冲压发动机模型在不同当量比、不同注油分布条件下的燃烧流场进行了数值模拟,获得了燃烧室流场的详细结构。结果表明,当量比不同会显着地改变燃烧的点火机制、反应区域,最终影响燃烧性能。针对本文构型发现壁面横向喷油火焰稳定模式主要有射流回流区稳焰模式、凹槽回流区稳焰模式及射流回流区和凹槽回流区共同稳焰模式；对平板隔板超音速混合层燃烧特性进行了考察分析,发现超音速混合燃烧流场存在强烈的非定常性,流场中波系结构等呈现振荡特性,振荡主要发生在流场的中上层。剧烈的燃烧导致反压对下层空气入口压力产生扰动。对单头部航空涡轮发动机燃烧室进行了数值模拟,得到了详细的流场结构,并与实验数据进行了比较,显示本文发展的计算程序能充分利用传统求解可压缩流的理论来求解低速流动。数值模拟结果可以为航空发动机燃烧室的优化设计和理论研究提供有力的支撑依据,可以为分析燃烧室的燃烧性能提供详实的信息。本文的研究表明,发展的大规模并行计算程序能够很好地用来模拟超燃冲压发动机及航空涡轮发动机内部的燃烧流场,可以给出模型发动机燃烧流场的详细特征和相关的性能分析,并具有较高的计算效率和精度。
卓长飞[7]（2016）在《炮弹底部排气减阻机理研究》文中认为底部排气增程的原理是在常规炮弹底部增加一个底部排气装置,在炮弹飞行阶段前期向炮弹底部排放低动量、高能量燃气来增加底压,从而减小炮弹前后压力差,达到增程的目的。采用底部排气减阻技术的增程炮弹称为底部排气增程弹,简称底排弹。本文以底部排气减阻技术为研究背景,基于计算流体力学的巨大潜力和优点,发展了二维/三维多块结构网格化学非平衡流动数值计算方法,建立了底排弹底部流动与燃烧模型,对底排真实燃气条件下的底部排气流场结构、减阻机理、底排弹出膛口泄压过程以及真实飞行状态下底排装置工作过程进行了深入系统研究,为底部排气减阻理论与技术、底排弹相关的工程研制提供重要参考。本文主要工作如下:一、针对复杂化学反应流场,以多组分雷诺时均Navier-Stokes方程组为基础,采用高阶迎风格式、有限速率化学反应模型和OpenMP并行算法,发展了基于多块结构网格的二维/三维化学非平衡流动数值计算方法。网格界面上物理量的重构采用NND、WENO、MUSCL三种方法,对流通量采用Steger-Warming、Van Leer、HLLC、AUSMDV和AUSMPW+等多种格式。湍流模型采用了一方程湍流模型和两方程湍流模型,湍流模型与流动控制方程解耦求解。采用时间算子分裂算法处理化学反应刚性问题。采用OpenMP并行计算方法,以提高数值计算效率。通过对多个复杂算例进行的数值验证表明,本文发展的数值方法可靠性和计算精度高,并且对不同流场具有良好的适用性。二、建立了合理、可靠的底排弹底部流动与燃烧模型,研究了底排真实燃气条件下底排流场结构与减阻机理,研究了底排真实燃气时发生二次燃烧的主要区域和燃烧过程,研究了来流马赫数对底部流场结构和底部压力分布的影响,研究了排气参数、排气面积、排气总温对底部流场结构和减阻特性的影响规律和机理,研究了来流攻角和弹体船尾角对底部流场结构以及全弹气动特性的影响,获得了底排弹底部流场结构与气动特性随攻角和船尾角的变化规律。三、为了探索排气结构对减阻性能的影响,提出了边缘型排气结构,开展了常规的中心型排气和边缘型排气的减阻性能研究。结果表明:边缘型排气时,底压比随排气参数的增大而呈增大的趋势,总阻力系数随排气参数的增大而减小;中心型排气时,底压比随着排气参数的增大而呈先增大后减小的趋势,总阻力系数随排气参数的增大而呈先减小后增大的趋势;在适当的排气参数范围内时,边缘型排气的减阻性能优于中心型排气。四、采用动态嵌套网格技术处理底排弹运动问题,建立了包含高速运动底排弹的膛口流场计算方法。对含运动底排弹的膛口流场进行了数值模拟,清晰地描述了膛口流场的发展过程、性质及底排弹与膛口流场的相互影响,得到了目前尚无法实验测试的底排装置泄压数据与规律。研究结果表明:针对初速为900m/s、膛口压力为60MPa的发射工况,在出炮口的1.0ms时间内,底排装置泄压速率高达104MPa/s;在3.0ms以后,底排弹穿过膛口冲击波,进入自由飞行阶段。五、将发展的流场数值计算方法与质点外弹道模型相结合,建立了耦合质点飞行弹道、底排弹流场数值模拟和全弹气动特性的计算模型,可以较为真实地模拟底排弹的飞行过程以及飞行条件下底排装置工作参数、工作状态、底排流场结构等随时间的变化。研究结果表明:随着发射点海拔高度的增加,药柱燃烧时间增大,全弹道飞行时间和射程也会增加,而增程率则逐渐降低;提高药柱燃速,药柱燃烧时间和减阻阶段变短,导致射程和增程率同时降低。因此,为了在工程实践中获得好的减阻效果,应注意两个方面的匹配性:一是底部排气质量流率及其随时间的变化规律与飞行条件的匹配,二是燃速与燃面的匹配。
蔡德琛[8]（2015）在《基于LES液雾两相燃烧数值模拟的关键技术研究》文中研究指明液体燃料在目前能源供应方面占据很大一部分比例,许多现代燃烧装置基本都使用液体燃料,比如汽车,液体燃料火箭等。湍流模拟方法有多种,其中雷诺时均方法使用比较普遍,但求解精度有很大的不足,作为一种先进的模拟方法,大涡模拟（LES）近年来在国内关于内燃机缸内流动方面已有初步探索,在高性能计算机工作站条件下,可以求解复杂湍流动,能够得到详细的流场信息。本文采用大涡方法对N-S方程过滤封闭处理,采用PIMPLE算法计算湍流动方程,并结合燃烧模型,湍流模型,大涡模型,雾化模型等开发设计基于开源计算平台Open FOAM的燃油雾化燃烧求解系统。本文主要完成了以下工作:1)针对流体力学中燃烧室复杂湍流场问题,分析现有商业软件优缺点,提出在开源流体力学计算平台Open FOAM下开展数值求解工作,结合燃烧模型建立数学方程,开发设计一种新的基于大涡模拟方法的求解器my Les Foam。2)针对瞬态问题求解思路,对比分析SIMPLE算法和PISO算法的利弊,采用PIMPLE算法,在有限时间步长内使用较少的时间步获得了较好的收敛。3)在Open FOAM平台下构造算例,分别用my Les Foam与RANS（雷诺时均）求解器进行了算例求解,求解结果表明大涡求解器能更好的完成液雾燃烧实验模拟。4)结合以往研究者的经验,进行了Open FOAM平台下开展并行计算的可行性分析,并在工作站上实施了8核分布处理,通过网格分块操作划分计算区域,每个核启动进程计算处理,取得了较为满意的结果。5)最后,总结了新求解器性能,得出基于Open FOAM平台研究燃烧流动数值模拟具有可扩展性能良好、能解决特定问题以及并行计算效率高等特点。
陶欢[9]（2015）在《固体燃料超燃冲压发动机燃烧室工作特性研究》文中研究表明固体燃料超燃冲压发动机以其结构相对简单、易于存储、反应迅即的天然优势，在高超声速推进领域具有广阔的应用前景。固体超燃冲压发动机一般由进气道、隔离段、燃烧室和尾喷管等几部分组成，其中燃烧室是提供推力的主动部件。由于在超声速来流条件下工作，固体燃料超燃冲压发动机中燃烧室工作过程是一个高速、非稳态、湍流、固体燃料热解与燃烧等复杂的物理化学过程。燃烧室的性能对超燃冲压发动机研制的成败起决定性作用，燃烧室性能的优劣，最终决定了超燃冲压发动机能否走向工程应用。因此，研究固体燃料超燃冲压发动机燃烧室的工作特性并掌握其性能变化规律具有十分重要的意义。为了研究固体燃料超燃冲压发动机燃烧室的工作性能及其变化规律，本文建立了固体燃料超燃冲压发动机燃烧室工作过程的物理数学模型。采用自定义函数方法定义固体燃料燃面退移速率，并针对固体燃料在超声速来流下燃烧的特点，选用SST k-ω湍流模型对二维轴对称可压的Navier-Stokes方程进行封闭，燃烧模型采用联合有限速率模型和涡耗散模型（Finite-Rate/Eddy-Dissipation）。运用该模型对经典固体燃料超燃冲压发动机燃烧室进行了稳态的数值模拟，并将数值模拟结果与实验结果进行了燃烧室壁面压力和固体燃料退移速率的对比，证明了该数学模型的合理性和准确性。通过分别改变燃烧室结构参数和燃烧室入口气流参数，对固体燃料超燃冲压发动机燃烧室的工作过程进行了稳态的数值模拟，并分析了各项参数对燃烧室性能的影响。为了进一步准确的研究超声速流动下固体燃料燃面退移对燃烧室内流动和性能的影响，对固体燃料超燃冲压发动机燃烧室工作过程进行准稳态的数值模拟。最后在搭建的完成的小型直连式固体燃料超燃冲压发动机试车台上成功进行了燃烧室点火实验。本文利用固体燃料超燃冲压发动机燃烧室工作过程的物理数学模型，分别对燃烧室火焰稳定段/凹腔段、等直段和扩张段的结构参数对燃烧室工作性能的影响进行研究。首先，分析无化学反应时在超声速来流下固体燃料凹腔结构对燃烧室流动的影响，研究发现有凹腔结构的燃烧室中在凹腔内形成了亚声速回流区，凹腔在很大程度上加强燃料与来流气体的掺混。虽然存在一个最佳的凹腔结构使得掺混效率达到最大值，但凹腔的存在也会一定程度上增大总压损失。接着，在有化学反应条件下分析不同等直段和扩张段结构参数对燃烧室性能的影响，研究发现在保证固体燃料超燃冲压发动机燃烧室处于非壅塞状态的前提下，等直段长度占燃烧室总长的比例越大越好，增大等直段的长度要比增大扩张段长度对提升燃烧室各项性能有帮助。粗长等直段的燃烧室比细短等直段的燃烧室有更大的做功潜力。在没有固定喷管时，扩张段扩张比的选取应尽量使得气流得到完全膨胀。在不同入口气流参数对燃烧室性能影响的研究中发现，随着入口空气质量流量的增大，燃烧室内压强增大，燃料退移速率增大。燃烧室燃烧效率减小，总压损失有所减小的，燃烧室推力和比冲均增大。对于入口空气总温变化时，燃烧室性能的改变与入口空气质量流量变化时情况相似。随着入口空气总压的增大，燃烧室内压强增大，燃料退移速率略微增大基本保持不变，燃烧室燃烧效率增大，总压损失显着增大，燃烧室推力和比冲均减小。根据入口参数及燃烧室结构尺寸参数对燃烧室性能影响的敏感度分析可知，对燃烧效率影响较大的因素是入口空气总温及等直段直径，对总压损失影响最大的因素是入口空气质量流量、入口空气总压、等直段直径及扩张段长度。本文进行了固体燃料超燃冲压发动机燃烧室工作过程的准稳态数值模拟，研究发现燃烧室工作的初始时刻燃烧室处于壅塞状态，燃烧室工作的中后期，流场结构稳定，主流区存在激波串，燃烧室内流动复杂。燃烧室工作过程中燃烧效率逐渐增大，待燃烧流场稳定后，燃烧效率基本稳定在80%左右。沿燃烧室壁面压力以及沿中心轴线上压力均随时间的变化而减小，燃面退移速率也随时间而逐渐减小。燃烧室推力和比冲随时间而逐渐减小。最后，在近期搭建完成的小型直连式固体燃料超燃冲压发动机试车台上成功完成了燃烧室的点火实验。
龚春叶,包为民,汤国建,王玲,孙学功,刘杰[10]（2014）在《航天领域高性能并行计算研究进展》文中研究指明航天领域的大规模科学与工程问题的数值模拟既依赖于高性能并行计算的支撑,同时也是高性能并行计算发展的动力。综述了航天领域高性能并行计算的研究进展,对高性能并行计算环境进行简单介绍,对相关研究领域包括气动力、气动热、化学非平衡、结构强度、热防护、蒙特卡罗方法和湍流研究等进行分类和详细阐述;总结了航天领域高性能并行计算存在科学计算高并行效率和工程计算低实用价值、并行应用的多样性和缺少科学的并行方法的矛盾,并指出了进一步研究方向。
二、湍流两相燃烧流场并行程序的改造与测试研究（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、湍流两相燃烧流场并行程序的改造与测试研究（论文提纲范文）
（1）弹道枪水下发射膛口流场特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 空气中发射膛口流场研究现状 |
| 1.2.2 水下燃气射流场研究现状 |
| 1.2.3 枪炮水下发射研究现状 |
| 1.3 本文的主要工作 |
| 2 水下膛口流场二维轴对称非稳态理论模型 |
| 2.1 物理模型 |
| 2.2 数学模型 |
| 2.2.1 控制方程 |
| 2.2.2 多相流模型 |
| 2.2.3 湍流方程 |
| 2.3 网格技术 |
| 2.3.1 网格技术概述 |
| 2.3.2 结构网格 |
| 2.3.3 非结构网格 |
| 2.4 动网格技术 |
| 2.5 数值验证 |
| 2.5.1 网格无关性验证 |
| 2.5.2 数值计算模型实验验证 |
| 2.5.3 计算结果实验验证 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 水下膛口流场特性的数值模拟 |
| 3.1 CFD理论概述及软件简介 |
| 3.1.1 CFD理论概述 |
| 3.1.2 CFD软件简介 |
| 3.1.3 UDF介绍 |
| 3.2 无初始流场的定压膛口流场特性分析 |
| 3.2.1 计算模型及网格划分 |
| 3.2.2 计算方法及条件 |
| 3.2.3 计算结果与分析 |
| 3.3 无初始流场的变压膛口流场特性分析 |
| 3.3.1 计算模型及网格划分 |
| 3.3.2 计算方法及条件 |
| 3.3.3 计算结果与分析 |
| 3.4 两种膛口流场的特性比较 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 不同射击工况对水下膛口流场特性影响的数值分析 |
| 4.1 不同发射初速对水下膛口流场特性的影响 |
| 4.1.1 计算模型及网格划分 |
| 4.1.2 计算方法及条件 |
| 4.1.3 计算结果与对比分析 |
| 4.2 不同发射压力对水下膛口流场特性的影响 |
| 4.2.1 计算模型及方法 |
| 4.2.2 计算结果及对比分析 |
| 4.3 本章小结 |
| 5 水深对水下膛口流场特性影响的数值分析 |
| 5.1 计算模型及网格划分 |
| 5.2 计算方法及条件 |
| 5.3 计算结果与对比分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 结论 |
| 6.1 全文工作总结 |
| 6.2 本文的主要创新点 |
| 6.3 工作展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果 |
| 致谢 |
（2）激波与伴随蒸发和燃烧的铝液滴相互作用的数值模拟研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 激波-铝液滴相互作用的研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状及发展趋势 |
| 1.2.1 铝颗粒的燃烧 |
| 1.2.2 激波作用下的气液两相流动 |
| 1.2.3 激波与可燃气体相互作用 |
| 1.3 论文的研究内容和结构安排 |
| 第2章 气液多介质流动燃烧的数值方法 |
| 2.1 物理问题的解析及数学模型的建立 |
| 2.1.1 气相区数学模型 |
| 2.1.2 液相区数学模型 |
| 2.1.3 Level-set方法及其重构方程 |
| 2.2 气液多介质流动燃烧的数值模拟方法 |
| 2.2.1 气相区域数值方法 |
| 2.2.2 液相区域数值模拟方法 |
| 2.2.3 化学反应及气粒相间源项 |
| 2.2.4 Level-set及其重构方程的数值方法 |
| 2.3 界面处气液两相耦合 |
| 2.3.1 气液界面的守恒条件 |
| 2.3.2 界面处物质相变 |
| 2.3.3 气液界面耦合方法 |
| 2.4 边界条件及MPI并行 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 气液多介质流动燃烧数值方法的验证及应用 |
| 3.1 激波与气柱相互作用 |
| 3.1.1 激波与He气柱相互作用 |
| 3.1.2 激波与SF6气柱相互作用 |
| 3.2 激波与可燃重气泡相互作用 |
| 3.2.1 计算区域及参数设置 |
| 3.2.2 网格无关性检验及算例验证 |
| 3.2.3 RSBI中化学反应的影响 |
| 3.3 气液两相耦合问题 |
| 3.3.1 一维激波与气水界面相互作用 |
| 3.3.2 激波与水柱相互作用 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 激波作用铝液滴的动力学演化特性 |
| 4.1 计算模型与边界条件 |
| 4.2 激波与气/液态铝平面界面相互作用 |
| 4.3 激波与铝液滴相互作用 |
| 4.3.1 网格无关性检验 |
| 4.3.2 平面激波作用下的波系演化及空化 |
| 4.3.3 激波作用下的铝液滴变形及流场分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 激波与铝液滴相互作用中的蒸发与燃烧 |
| 5.1 铝/氧等体积燃烧 |
| 5.2 激波与蒸发铝液滴相互作用 |
| 5.2.1 计算条件设置 |
| 5.2.2 激波作用铝液滴早期的波系演化与空化 |
| 5.2.3 铝液滴的蒸发过程 |
| 5.3 激波与燃烧中的铝液滴相互作用 |
| 5.3.1 铝液滴燃烧过程分析 |
| 5.3.2 燃烧铝液滴的蒸发 |
| 5.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间获得的研究成果 |
| 致谢 |
| 附录 A 气体热力学性质及输运参数 |
| 附录 B 液体状态方程 |
| 附录 C 数值方法验证 |
（3）后缘突扩型凹腔超声速流动模式与稳焰机理研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 超声速燃烧凹腔火焰稳定器研究进展 |
| 1.2.1 常规凹腔超声速流动与混合特性研究 |
| 1.2.2 超声速气流中凹腔燃烧特性与稳焰机理 |
| 1.3 凹腔构型的优化与后缘突扩型凹腔研究 |
| 1.3.1 凹腔几何构型对流场结构及燃烧特性的影响 |
| 1.3.2 后缘突扩型凹腔中的流动、混合、点火及火焰稳定过程研究 |
| 1.4 论文主要研究内容 |
| 第二章 仿真与实验平台 |
| 2.1 CFD代码与并行运算 |
| 2.1.1 STSCFD3D代码框架 |
| 2.1.2 混合MPI/Open MP并行机制 |
| 2.2 高性能计算硬件平台 |
| 2.2.1 国家超级计算长沙中心 |
| 2.2.2 南安普顿大学Iridis4 超级计算机 |
| 2.2.3 英国Archer高性能计算平台 |
| 2.3 超声速燃烧实验系统与后缘突扩型凹腔 |
| 2.3.1 超声速燃烧直连式试验台 |
| 2.3.2 单边扩张型燃烧室 |
| 2.3.3 后缘突扩型凹腔 |
| 2.4 流场观测与诊断技术 |
| 2.4.1 高速摄影火焰成像 |
| 2.4.2 壁面压力测量 |
| 2.4.3 自发辐射成像 |
| 2.4.4 PLIF技术 |
| 2.5 小结 |
| 第三章 超声速湍流流动的高精度数值模拟方法 |
| 3.1 流体动力学控制方程及湍流模拟方法 |
| 3.1.1 多组分气相流动Navier-Stokes方程 |
| 3.1.2 大涡模拟控制方程 |
| 3.1.3 混合RANS/LES方法 |
| 3.1.4 网格变换与边界处理 |
| 3.1.5 时间推进方法 |
| 3.2 一种高精度非线性过滤器格式 |
| 3.2.1 高阶显式WCNS的差分与重构格式 |
| 3.2.2 非线性过滤器的提取 |
| 3.2.3 非线性过滤器的优化 |
| 3.2.4 一维与二维流动算例验证 |
| 3.3 一种改进的入口湍流边界层生成方法 |
| 3.3.1 SEM方法的基本思想 |
| 3.3.2 改进的湍流入口SEM生成方法 |
| 3.3.3 改进方法在超声速平板流动中的应用 |
| 3.4 超声速气流中横向射流数值模拟 |
| 3.4.1 算例设置 |
| 3.4.2 射流流场结构 |
| 3.4.3 数值模拟与实验数据的定量对比 |
| 3.4.4 间断敏感器工作机制 |
| 3.5 小结 |
| 第四章 湍流燃烧大涡模拟的化学反应计算方法与封闭模型 |
| 4.1 多组分气相燃烧与输运系数计算方法 |
| 4.1.1 流动与燃烧过程解耦计算方法 |
| 4.1.2 多组分混合物输运系数计算方法 |
| 4.1.3 组分扩散速度的简化计算模型 |
| 4.2 化学反应速率的计算与简化反应机理 |
| 4.2.1 化学反应源项的直接计算 |
| 4.2.2 氢气/空气及乙烯/空气简化反应机理 |
| 4.2.3 不同反应机理下的凹腔乙烯火焰对比研究 |
| 4.3 湍流化学反应相互作用封闭模型 |
| 4.3.1 一种基于两点求积方法的PaSR/尺度相似封闭模型 |
| 4.3.2 湍流输运无量纲数简化封闭模型 |
| 4.3.3 氢气射流火焰算例验证 |
| 4.4 双凹腔超声速燃烧室数值模拟 |
| 4.4.1 双凹腔燃烧室构型与算例设置 |
| 4.4.2 燃烧流场结构特征 |
| 4.4.3 火焰稳定过程中的动态特性 |
| 4.5 小结 |
| 第五章 后缘突扩型凹腔流动模式与上游喷注混合过程研究 |
| 5.1 后缘突扩型凹腔二维流动特性 |
| 5.1.1 二维凹腔流动算例设置 |
| 5.1.2 瞬态流场结构与分析 |
| 5.1.3 时均流场结构与流动特性 |
| 5.2 凹腔流动模式与剪切层增长模型 |
| 5.2.1 后缘突扩型凹腔冷态流动模式 |
| 5.2.2 凹腔剪切层增长模型 |
| 5.3 后缘突扩型凹腔上游横向喷注燃料混合流场结构 |
| 5.3.1 后缘突扩型凹腔算例设置 |
| 5.3.2 后缘突扩型凹腔上游喷注混合流场结构特征 |
| 5.3.3 不同动量比下后缘突扩型凹腔中的喷注混合过程 |
| 5.4 凹腔后缘突扩构型对燃料喷注混合过程的影响 |
| 5.4.1 不同凹腔构型下上游喷注混合流场结构 |
| 5.4.2 凹腔后缘突扩效应对燃料混合及回流区质量交换特性的影响 |
| 5.5 小结 |
| 第六章 后缘突扩型凹腔燃烧特性与稳燃模式研究 |
| 6.1 后缘突扩型凹腔上游喷注气态燃料的燃烧流场特征 |
| 6.1.1 实验工况与计算设置 |
| 6.1.2 后缘突扩型凹腔乙烯燃烧流场结构特征分析 |
| 6.1.3 后缘突扩型凹腔氢气燃烧流场结构特征分析 |
| 6.2 凹腔后缘突扩构型对火焰稳定的影响 |
| 6.2.1 不同凹腔构型下的乙烯火焰稳定实验现象 |
| 6.2.2 后缘突扩型凹腔乙烯初始火焰吹熄过程数值模拟分析 |
| 6.3 凹腔后缘突扩构型对火焰结构与燃烧强度的影响 |
| 6.3.1 不同凹腔构型中的氢气燃烧 |
| 6.3.2 不同当量比下后缘突扩型凹腔中的乙烯火焰结构 |
| 6.4 后缘突扩型凹腔的稳燃模式 |
| 6.4.1 不同构型凹腔上游喷注氢气的稳定燃烧模式 |
| 6.4.2 后缘突扩型凹腔中稳燃模式的动态切换 |
| 6.4.3 凹腔后缘突扩构型对稳燃模式的影响 |
| 6.5 小结 |
| 第七章 后缘突扩型凹腔火焰稳定模型研究 |
| 7.1 超声速气流中横向射流穿透与扩散模型 |
| 7.1.1 模型的建立 |
| 7.1.2 模型的验证 |
| 7.1.3 模型评价与适用范围 |
| 7.2 常规非突扩凹腔火焰稳定边界模型 |
| 7.2.1 凹腔稳燃模式与火焰稳定边界 |
| 7.2.2 凹腔火焰稳定关键子过程建模 |
| 7.2.3 火焰时间尺度建模 |
| 7.2.4 模型验证与模型评述 |
| 7.3 后缘突扩型凹腔火焰稳定边界模型 |
| 7.3.1 射流扩散模型及有效当量比计算方法的修正 |
| 7.3.2 后缘突扩型凹腔的流动特征时间 |
| 7.3.3 部分子过程模型的后缘突扩效应修正 |
| 7.3.4 模型验证 |
| 7.4 凹腔后缘突扩效应对燃烧室稳焰性能的影响 |
| 7.5 小结 |
| 第八章 结论与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者在学期间取得的学术成果 |
（4）大涡模拟一体化加力燃烧室三维流场（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 注释表 |
| 缩略词 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 湍流燃烧数值模拟综述 |
| 1.2.1 湍流流动数值模拟 |
| 1.2.2 湍流燃烧数值模拟 |
| 1.3 本文研究内容及方法 |
| 1.3.1 研究对象 |
| 1.3.2 研究内容及方法 |
| 第二章 湍流燃烧的数学模型 |
| 2.1 湍流流动的大涡模拟 |
| 2.1.1 N-S方程的空间过滤 |
| 2.1.2 亚网格尺度湍流模型 |
| 2.2 湍流燃烧的大涡模拟 |
| 2.2.1 控制方程 |
| 2.2.2 亚网格尺度燃烧模型 |
| 第三章 数值求解方法 |
| 3.1 非交错网格 |
| 3.2 控制方程的离散 |
| 3.3 差分格式 |
| 3.3.1 中心差分 |
| 3.3.2 迎风差分 |
| 3.3.3 混合差分 |
| 3.3.4 QUICK格式 |
| 3.3.5 TVD格式 |
| 3.4 压力修正方程及算法 |
| 3.5 边界条件 |
| 3.5.1 进口边界条件 |
| 3.5.2 壁面边界条件 |
| 3.5.3 出口条件 |
| 3.5.4 周期性边界条件 |
| 3.5.5 初值条件 |
| 3.5.6 流场内固体边界处理 |
| 3.6 并行计算 |
| 3.6.1 并行计算概念 |
| 3.6.2 并行程序设计 |
| 3.7 数值解法 |
| 3.8 三维燃烧流场计算程序 |
| 第四章 数值模拟程序的验证 |
| 4.1 复杂结构流场的特殊处理 |
| 4.1.1 计算对象及边界 |
| 4.1.2 计算结果及分析 |
| 4.2 燃烧流场计算程序验证 |
| 4.2.1 计算对象及工况 |
| 4.2.2 计算结果及分析 |
| 4.3 小结 |
| 第五章 一体化加力燃烧室流场数值模拟 |
| 5.1 研究对象 |
| 5.2 计算网格生成 |
| 5.3 计算结果及分析 |
| 5.3.1 进口工况 |
| 5.3.2 计算结果及分析 |
| 5.4 小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 后期工作与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在学期间的研究成果及发表的学术论文 |
（5）煤粉热解、燃烧及碱金属释放与反应特性的大涡模拟（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 煤炭资源的高效清洁化利用 |
| 1.3 煤的热解特性与热解模型研究现状 |
| 1.4 煤粉气固两相湍流燃烧的研究现状 |
| 1.5 燃煤过程中的碱金属释放与反应特性研究现状 |
| 1.6 本文研究内容及结构 |
| 2 煤热解的单颗粒实验研究及通用热解模型发展 |
| 2.1 单颗粒实验系统与方案 |
| 2.1.1 单颗粒煤实验系统 |
| 2.1.2 实验煤样及工况 |
| 2.2 煤的通用热解模型研究与发展 |
| 2.2.1 宏观热解模型 |
| 2.2.2 基于煤结构的详细热解模型 |
| 2.3 耦合CPD模型与单颗粒能量方程模拟其热解过程 |
| 2.3.1 化学渗透脱挥发分(CPD)模型 |
| 2.3.2 生物质热解的bio-CPD模型 |
| 2.3.3 单颗粒热解的能量方程及与CPD耦合 |
| 2.4 不同温度下单颗粒的热解特性 |
| 2.5 不同粒径的单颗粒的热解特性 |
| 2.6 不同燃料种类的单颗粒的热解特性 |
| 2.7 不同混合比例下煤与生物质混合单颗粒的热解特性 |
| 2.8 本章小结 |
| 3 气固两相大涡模拟的控制方程组、模型与数值方法 |
| 3.1 气相控制方程组 |
| 3.2 颗粒相方程组 |
| 3.3 气固双向耦合在气相方程组中的源项 |
| 3.4 煤粉颗粒的热解模型 |
| 3.4.1 CPD模型及与大涡模拟程序的耦合 |
| 3.4.2 单方程模型及与大涡模拟程序的耦合 |
| 3.5 煤粉颗粒的焦炭燃烧模型 |
| 3.6 气相燃烧模型 |
| 3.7 辐射模型 |
| 3.8 数值方法、数值格式及边界条件 |
| 3.8.1 数值方法与数值格式 |
| 3.8.2 边界条件 |
| 3.9 程序结构与软硬件环境 |
| 3.9.1 程序流程 |
| 3.9.2 软硬件环境 |
| 3.10 气固两相湍流流动的大涡模拟验证研究 |
| 3.11 本章小结 |
| 4 气固两相煤粉射流热解过程的大涡模拟 |
| 4.1 计算工况设置 |
| 4.2 煤粉气固两相湍流射流热解的瞬态场 |
| 4.3 在线CPD模型与单方程模型大涡模拟的对比 |
| 4.4 煤粉气固两相湍流射流热解特性的参数研究 |
| 4.4.1 颗粒直径对两相湍流中煤粉热解特性的影响 |
| 4.4.2 煤种对两相湍流中煤粉热解特性的影响 |
| 4.4.3 给煤量对两相湍流中煤粉热解特性的影响 |
| 4.4.4 载气流速对两相湍流中煤粉热解特性的影响 |
| 4.4.5 热解温度对两相湍流中煤粉热解特性的影响 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 气固两相煤粉燃烧过程的大涡模拟 |
| 5.1 气相燃烧模型验证:非预混甲烷射流火焰的大涡模拟 |
| 5.1.1 计算工况设置 |
| 5.1.2 计算结果与讨论 |
| 5.2 煤粉射流火焰A:采用甲烷值班火焰的煤粉两相湍流燃烧的大涡模拟 |
| 5.2.1 计算工况设置 |
| 5.2.2 煤粉两相射流火焰特性 |
| 5.2.3 颗粒的统计数据对比 |
| 5.2.4 物质组分的摩尔分数对比 |
| 5.2.5 小结 |
| 5.3 煤粉射流火焰B:采用高温伴流点燃的煤粉两相湍流燃烧的大涡模拟 |
| 5.3.1 计算工况设置 |
| 5.3.2 煤粉射流火焰的气相温度瞬态场 |
| 5.3.3 煤粉射流火焰特性的定量比较 |
| 5.3.4 小结 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 气固两相煤粉燃烧过程中碱金属释放与反应的大涡模拟 |
| 6.1 碱金属详细化学反应的建表方法 |
| 6.1.1 简化假设 |
| 6.1.2 化学反应表格坐标:初始条件 |
| 6.1.3 化学反应表格坐标中初始条件的分布特性 |
| 6.1.4 化学反应表格坐标:反应进程变量 |
| 6.1.5 化学反应表格的建表过程 |
| 6.1.6 化学反应表格与详细机理的对比验证 |
| 6.2 煤粉射流火焰中碱金属反应动力学特性的大涡模拟 |
| 6.2.1 大涡模拟中应用化学反应表格模拟钠组分的反应 |
| 6.2.2 计算工况设置 |
| 6.2.3 结果与讨论 |
| 6.3 本章小结 |
| 7 气固两相煤粉燃烧大涡模拟程序LESsCOAL的并行优化 |
| 7.1 优化前LESsCOAL的并行效率及采取的优化策略 |
| 7.1.1 优化前LESsCOAL的并行效率 |
| 7.1.2 对LESsCOAL进行并行优化采取的优化策略 |
| 7.2 颗粒模块的并行优化 |
| 7.2.1 OhHelp并行方法 |
| 7.2.2 在LESsCOAL颗粒模块中引入OhHelp |
| 7.2.3 采用MPI单边通信优化颗粒传递过程 |
| 7.2.4 优化后LESsCOAL颗粒模块的并行效率 |
| 7.3 辐射模块的并行优化 |
| 7.3.1 优化方法一:辐射射线计算顺序优化 |
| 7.3.2 优化方法二:对角切片法 |
| 7.3.3 辐射模块优化效果 |
| 7.4 优化后LESsCOAL的并行效率 |
| 7.5 本章小结 |
| 8 全文总结与展望 |
| 8.1 主要研究内容及结论 |
| 8.2 本文主要创新点 |
| 8.3 未来工作展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历 |
（6）一种向低速域扩展的化学反应流动数值模拟研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景和研究意义 |
| 1.2 国内外研究进展 |
| 1.2.1 超燃冲压发动机数值模拟研究 |
| 1.2.2 航空发动机数值模拟研究 |
| 1.2.3 全速域流场数值模拟研究 |
| 1.3 本文工作 |
| 第2章 控制方程和数值方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 控制方程 |
| 2.2.1 多组分流动控制方程 |
| 2.2.2 有量纲形式的流动控制方程 |
| 2.2.3 无量纲形式的流动控制方程 |
| 2.2.4 控制方程的坐标变换 |
| 2.2.5 湍流模型 |
| 2.2.6 多组分气体输运系数 |
| 2.2.7 化学反应源项 |
| 2.2.8 热力学模型 |
| 2.3 数值方法 |
| 2.3.1 有限体积法 |
| 2.3.2 控制方程的离散 |
| 2.3.3 无粘对流项的离散 |
| 2.3.4 定常LU-SGS隐式方法 |
| 2.3.5 非定常双时间步LU-SGS方法 |
| 2.4 预处理技术 |
| 2.4.1 完全气体的预处理方法 |
| 2.4.2 多组份的预处理方法 |
| 2.4.3 参考速度的定义 |
| 2.4.4 预处理无粘通量雅克比矩阵的特征值 |
| 2.5 边界条件 |
| 2.5.1 入口及出口边界条件 |
| 2.5.2 壁面边界条件 |
| 2.5.3 对称边界条件 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 数值方法和程序的算例验证及分析 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 无化学反应算例验证及分析 |
| 3.3 有化学反应算例验证及分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 超音速燃烧流场数值模拟 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 当量比对超燃冲压发动机燃烧性能的影响 |
| 4.3 注油分布对超燃冲压发动机燃烧性能的影响 |
| 4.4 凹槽对超燃冲压发动机火焰稳定过程的影响 |
| 4.5 平板隔板超音速混合层燃烧特性研究 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 单头部航空发动机燃烧室数值模拟 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 计算工况 |
| 5.3 数值模拟结果及分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 创新点 |
| 6.3 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果 |
（7）炮弹底部排气减阻机理研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 底部排气减阻技术发展概况 |
| 1.2.1 国外研究现状 |
| 1.2.2 国内研究现状 |
| 1.3 底部排气减阻技术存在的问题 |
| 1.4 CFD发展概况 |
| 1.5 本文主要研究内容 |
| 2 化学非平衡流动数值模拟方法 |
| 2.1 控制方程 |
| 2.1.1 流动控制方程 |
| 2.1.2 混合气体状态参数 |
| 2.1.3 输运系数 |
| 2.1.4 化学反应源项 |
| 2.2 湍流模型 |
| 2.2.1 Spalart-Allmaras一方程湍流模型 |
| 2.2.2 k-ω(Wilcox)两方程湍流模型 |
| 2.2.3 k-ω BSL(Menter)两方程湍流模型 |
| 2.2.4 k-ω SST(Menter)两方程湍流模型 |
| 2.3 离散方法与计算格式 |
| 2.3.1 有限体积法 |
| 2.3.2 对流通量计算方法 |
| 2.3.3 粘性通量计算方法 |
| 2.3.4 化学反应刚性问题处理方法 |
| 2.3.5 时间离散方法 |
| 2.4 边界条件 |
| 2.5 并行算法 |
| 2.5.1 并行算法基本概念 |
| 2.5.2 OpenMP并行模式与要素 |
| 2.6 数值验证 |
| 2.6.1 OpenMP并行验证—B1AC2R标准导弹气动力数值模拟 |
| 2.6.2 SOCBT炮弹超声速绕流数值模拟 |
| 2.6.3 超声速凹槽流动 |
| 2.6.4 二元高超声速进气道流动 |
| 2.6.5 球头激波诱导燃烧的数值模拟 |
| 2.6.6 球锥高超声速绕流 |
| 2.6.7 超声速流动中圆柱体底部流动特性 |
| 2.7 小结 |
| 3 超声速流动中底排真实燃气的减阻机理与特性 |
| 3.1 数学方法与模型 |
| 3.1.1 数学方法 |
| 3.1.2 物理模型与边界条件 |
| 3.1.3 化学反应动力学模型 |
| 3.2 底排真实燃气的底部流动减阻机理与特性 |
| 3.2.1 底排热空气与真实燃气的底部流场 |
| 3.2.2 来流马赫数对底部流场结构与底压比影响 |
| 3.3 底排参数对底部流场结构和底压比的影响 |
| 3.3.1 排气参数 |
| 3.3.2 排气面积 |
| 3.3.3 排气总温 |
| 3.4 来流攻角和弹体船尾角对底排流场和气动特性的影响 |
| 3.4.1 有攻角时全弹流场 |
| 3.4.2 攻角对底排流场结构和气动特性的影响 |
| 3.4.3 船尾角对底排流场结构和气动特性的影响 |
| 3.5 小结 |
| 4 底部排气结构对减阻性能的影响规律及其机理 |
| 4.1 数学方法与模型 |
| 4.1.1 数学方法 |
| 4.1.2 物理模型与边界条件 |
| 4.2 减阻性能 |
| 4.3 不同排气结构下的底排流场结构特性 |
| 4.3.1 中心型排气 |
| 4.3.2 边缘型排气 |
| 4.4 不同排气结构下的底排流场燃烧特性 |
| 4.4.1 底部流场温度分布 |
| 4.4.2 主要组分分布 |
| 4.5 不同排气结构下的底排流场参数分布 |
| 4.5.1 底部中心轴线速度分布 |
| 4.5.2 底部平面上压力分布 |
| 4.6 小结 |
| 5 底排弹出膛口瞬态过程与底排装置泄压规律 |
| 5.1 数学方法 |
| 5.1.1 嵌套网格技术 |
| 5.1.2 ALE形式的控制方程 |
| 5.1.3 数值格式 |
| 5.2 物理模型与初始/边界条件 |
| 5.3 数值验证 |
| 5.4 含底排弹的膛口流场 |
| 5.4.1 膛口流场 |
| 5.4.2 底排燃气流动 |
| 5.5 底排弹膛口运动特性与底排装置泄压过程 |
| 5.5.1 底排弹膛口运动特性 |
| 5.5.2 底排装置内泄压过程 |
| 5.6 小结 |
| 6 基于CFD耦合质点弹道的底排弹减阻阶段工作特性研究 |
| 6.1 数学与物理模型 |
| 6.1.1 CFD基本控制方程组 |
| 6.1.2 CFD计算方法 |
| 6.1.3 质点弹道模型与标准大气模型 |
| 6.1.4 底排弹模型参数 |
| 6.1.5 计算工况 |
| 6.2 发射点海拔高度对底排弹飞行和底排装置工作过程的影响 |
| 6.2.1 飞行参数变化 |
| 6.2.2 底排装置工作参数变化 |
| 6.2.3 底部流场随时间的变化 |
| 6.3 药柱燃速对底排弹飞行和底排装置工作过程的影响 |
| 6.3.1 飞行参数变化 |
| 6.3.2 底排装置工作参数变化 |
| 6.3.3 底部流场随时间的变化 |
| 6.4 小结 |
| 7 结论与展望 |
| 7.1 本文主要结论 |
| 7.2 本文创新点 |
| 7.3 未来展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间科研成果及参与项目说明 |
（8）基于LES液雾两相燃烧数值模拟的关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1. 绪论 |
| 1.1. 课题研究背景 |
| 1.2. 国内外研究现状 |
| 1.2.1. 计算流体力学的发展历程 |
| 1.2.2. OpenFOAM的发展现状 |
| 1.2.3. 大涡数值方法的研究现状 |
| 1.3. 课题主要研究内容 |
| 1.4. 论文结构安排 |
| 2. 燃烧流场数值模拟基础 |
| 2.1. CFD控制方程 |
| 2.2. 大涡模拟 |
| 2.3. CFD数值计算流程 |
| 2.4. 计算流体力学平台Open FOAM |
| 2.4.1. 平台架构 |
| 2.4.2. 开发环境部署 |
| 2.5. 编程规范 |
| 2.5.1. 编译工具 |
| 2.5.2. 程序开发规范 |
| 2.6. 技术路线 |
| 3. 燃烧流场求解模块设计实现 |
| 3.1. 引言 |
| 3.2. 物理模型 |
| 3.3. 几何模型 |
| 3.4. 燃烧流场数值算法研究 |
| 3.4.1. 问题描述 |
| 3.4.2. 常用算法 |
| 3.4.3. 基于PIMPLE算法湍流动求解程序设计 |
| 3.5. myLesFoam |
| 3.5.1. 数学模型 |
| 3.5.2. 燃烧模型 |
| 3.5.3 大涡模型 |
| 3.5.4. 求解器设计 |
| 3.6. 小结 |
| 4. 燃油雾化算例设计实现 |
| 4.1. 引言 |
| 4.2. 燃油雾化 |
| 4.2.1. 雾化模型 |
| 4.2.2. 算例 |
| 4.3. 结果分析 |
| 4.4. 小结 |
| 5. 燃烧室液雾燃烧模拟及并行计算实现 |
| 5.1. 引言 |
| 5.2. 燃烧算例 |
| 5.3. 燃烧模拟结果与讨论 |
| 5.3.1. 仿真效果图 |
| 5.3.2. 温度曲线图 |
| 5.3.3. LES与RANS对比图 |
| 5.4. 硬件开发环境 |
| 5.5. 系统软件开发环境搭配 |
| 5.5.1. OpenMPI消息传递库 |
| 5.5.2. 网格分区 |
| 5.6. 并行计算性能分析 |
| 5.7. 小结 |
| 总结与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果 |
（9）固体燃料超燃冲压发动机燃烧室工作特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 目录 |
| 图目录 |
| 表目录 |
| 主要符号表 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究目的和意义 |
| 1.2 国内外研究现状及发展趋势 |
| 1.2.1 超燃冲压发动机发展概况 |
| 1.2.2 固体燃料超燃冲压发动机的实验研究 |
| 1.2.3 固体燃料超燃冲压发动机燃烧室的理论研究 |
| 1.2.4 固体燃料超燃冲压发动机推进剂的研究 |
| 1.2.5 固体燃料超燃冲压发动机燃烧室研究的关键技术与发展趋势 |
| 1.2.6 固体燃料超燃冲压发动机燃烧室工作特性研究现状 |
| 1.3 本文主要研究内容 |
| 1.4 论文章节和结构安排 |
| 第2章 固体燃料超燃冲压发动机工作过程物理数学模型及算例验证 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 物理模型 |
| 2.3 控制方程和基本假设 |
| 2.4 湍流模型 |
| 2.5 固体燃料燃速退移模型 |
| 2.5.1 固体燃料热解及化学反应模型 |
| 2.5.2 固体燃料的燃料退移速率模型 |
| 2.6 湍流燃烧模型 |
| 2.7 控制方程的数值模型及求解方法 |
| 2.7.1 离散方法 |
| 2.7.2 离散格式 |
| 2.7.3 求解方法 |
| 2.8 算例验证 |
| 2.8.1 无化学反应时超声速下流动的验证 |
| 2.8.2 有化学反应时固体燃料超声速燃烧室的算例验证 |
| 2.9 小结 |
| 第3章 无化学反应时超声速来流下固体燃料凹腔结构对流动的影响 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 数值计算条件 |
| 3.2.1 物理模型 |
| 3.2.2 数值计算方法及边界条件 |
| 3.2.3 燃烧室结构参数汇总 |
| 3.3 计算结果分析 |
| 3.3.1 有无凹腔结构的燃烧室内流场特性分析 |
| 3.3.2 不同深度凹腔的燃烧室内流场特性分析 |
| 3.3.3 不同凹腔尺寸对燃烧室内掺混效率的影响 |
| 3.3.4 不同凹腔尺寸对燃烧室总压损失的影响 |
| 3.4 小结 |
| 第4章 不同结构尺寸固体燃料超声速燃烧室性能研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 数值计算条件 |
| 4.2.1 物理模型 |
| 4.2.2 数值计算方法及边界条件 |
| 4.2.3 燃烧室结构参数汇总 |
| 4.3 等直段直径对固体燃料超燃冲压发动机燃烧室性能的影响 |
| 4.3.1 燃烧室流动分布 |
| 4.3.2 燃烧室组份分布及燃烧效率 |
| 4.3.3 燃烧室总压损失 |
| 4.3.4 燃烧室推力及比冲 |
| 4.4 等直段长度对固体燃料超燃冲压发动机燃烧室性能的影响 |
| 4.4.1 燃烧室流动分布 |
| 4.4.2 燃烧室燃烧效率分析 |
| 4.4.3 燃烧室总压损失分析 |
| 4.4.4 燃烧室推力及比冲 |
| 4.5 扩张段对固体燃料超燃冲压发动机燃烧室性能的影响 |
| 4.5.1 燃烧室燃速分析 |
| 4.5.2 燃烧室性能分析 |
| 4.6 燃烧室结构的设计准则 |
| 4.6.1 等直段的影响分析 |
| 4.6.2 燃烧效率与总压损失的权衡 |
| 4.6.3 燃烧室设计准则 |
| 4.7 小结 |
| 第5章 入口参数对固体燃料超燃冲压发动机燃烧室性能的影响 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 数值计算条件 |
| 5.2.1 物理模型 |
| 5.2.2 数值计算方法及边界条件 |
| 5.3 计算结果分析 |
| 5.3.1 入口空气质量流量的影响 |
| 5.3.2 入口空气总温的影响 |
| 5.3.3 入口空气总压的影响 |
| 5.4 燃烧效率和总压损失的影响因素 |
| 5.4.1 燃烧室入口参数的敏感度分析 |
| 5.4.2 燃烧室结构尺寸参数的敏感度分析 |
| 5.5 小结 |
| 第6章 固体燃料超燃冲压发动机燃烧室流场准稳态模拟与初步实验 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 模型和计算条件 |
| 6.2.1 物理模型 |
| 6.2.2 平行层燃烧规律 |
| 6.2.3 数值计算方法及边界条件 |
| 6.3 固体燃料超燃冲压发动机燃烧室流场准稳态模拟结果分析 |
| 6.3.1 燃烧室流动分布 |
| 6.3.2 燃烧室壁面压力 |
| 6.3.3 固体燃料燃面退移速率 |
| 6.3.4 燃烧室燃烧效率 |
| 6.3.5 燃烧室总压损失 |
| 6.3.6 燃烧室推力及比冲 |
| 6.4 直连式实验系统 |
| 6.4.1 空气加热器 |
| 6.4.2 气体及冷却水供应系统 |
| 6.4.3 控制及数据采集系统 |
| 6.4.4 燃烧室点火实验 |
| 6.5 小结 |
| 第7章 结论 |
| 7.1 本文研究总结 |
| 7.2 本文创新点 |
| 7.3 进一步工作展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间发表论文与研究成果清单 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（10）航天领域高性能并行计算研究进展（论文提纲范文）
| 1 引言 |
| 2 高性能并行计算环境 |
| 3 研究分类 |
| 3.1 气动力 |
| 3.2 气动热 |
| 3.3 化学非平衡 |
| 3.4 结构强度 |
| 3.5 热防护 |
| 3.6 蒙特卡罗方法 |
| 3.7 湍流研究 |
| 4 总结及展望 |
四、湍流两相燃烧流场并行程序的改造与测试研究（论文参考文献）
- [1]弹道枪水下发射膛口流场特性研究[D]. 张旋. 中北大学, 2020(02)
- [2]激波与伴随蒸发和燃烧的铝液滴相互作用的数值模拟研究[D]. 李冬冬. 哈尔滨工程大学, 2020(04)
- [3]后缘突扩型凹腔超声速流动模式与稳焰机理研究[D]. 杨揖心. 国防科技大学, 2018(01)
- [4]大涡模拟一体化加力燃烧室三维流场[D]. 杨雨. 南京航空航天大学, 2017(03)
- [5]煤粉热解、燃烧及碱金属释放与反应特性的大涡模拟[D]. 万凯迪. 浙江大学, 2016(06)
- [6]一种向低速域扩展的化学反应流动数值模拟研究[D]. 李朗. 中国科学技术大学, 2015(12)
- [7]炮弹底部排气减阻机理研究[D]. 卓长飞. 南京理工大学, 2016(06)
- [8]基于LES液雾两相燃烧数值模拟的关键技术研究[D]. 蔡德琛. 西南科技大学, 2015(02)
- [9]固体燃料超燃冲压发动机燃烧室工作特性研究[D]. 陶欢. 北京理工大学, 2015(07)
- [10]航天领域高性能并行计算研究进展[J]. 龚春叶,包为民,汤国建,王玲,孙学功,刘杰. 计算机工程与科学, 2014(09)