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CE/SE方法及其在脉冲爆轰发动机流场计算中应用的研究

王杰  
【摘要】: CE/SE方法是近年来提出的一种新的求解双曲型守恒方程的数值计算方法。它在构造思想上与其它传统的数值方法不同,将空间和时间完全统一起来同等对待,具有计算精度高、捕捉间断能力强等突出优点。脉冲爆轰发动机是一种利用脉冲式爆轰波产生推力的新概念发动机,由于具有结构简单、热循环效率高、单位燃料消耗率低、工作范围广等特点,使它在军用和民用方面具有广阔的应用前景,可能成为本世纪新型动力装置。本文根据时空守恒元与求解元思想,推导了一维、二维和三维CE/SE方法的计算格式,用于对脉冲爆轰发动机内、外流场的数值计算中,编制了相关数值计算程序,获得了脉冲爆轰发动机内、外流场的变化特点。主要内容包括: (1)推导了一维CE/SE方法计算格式,用于对脉冲爆轰发动机内一维流场的数值计算中,编制了相关数值计算程序,并分析得到了燃料填充系数及几种不同形状喷管对脉冲爆轰发动机性能影响关系; (2)推导了二维无粘CE/SE方法计算格式,编制相关数值计算程序,实现了对脉冲爆轰发动机内、外轴对称无粘流场的数值模拟,获得了脉冲爆轰发动机内、外流场的变化特点; (3)推导了二维粘性及湍流CE/SE方法计算格式,将之用于对脉冲爆轰发动机内、外轴对称粘性及湍流流场的数值计算中,编制了相关数值计算程序,获得了脉冲爆轰发动机内、外粘性流场的变化特点; (4)建立了多管脉冲爆轰发动机数学物理模型,推导了三维无粘CE/SE方法计算格式,编制了相关数值计算程序,实现了对多管脉冲爆轰发动机外三维流场的数值模拟; (5)推导了三维粘性CE/SE方法计算格式,用于对多管脉冲爆轰发动机外三维粘性流场的数值计算中,编制了相关数值计算程序,计算获得了多管脉冲爆轰发动机外粘性流场的变化特点; (6)推导了一维、二维非敏感CFI数CE/SE方法,即CNIS方法,用激波管问题和斜激波反射问题对该方法进行了验证,并将该CNIS方法应用于脉冲爆轰发动机内、外流场的数值计算中。


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