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某发射装置燃气流气体不同模型 二维数值计算比较 航天科工集团三院8359所赵秋鲧罗 勇 摘要 本文针对二维轴对称几何模型燃气射流，分别按无粘理想气体模型、湍流Red／zab／ek二方程模型、雷诺应力 (脚f)模型进行了数值计算。用有限体积法(删)对控制方程进行空间离散，计算域采用非结构法网格划分，并将各计算结果 与对应的实测数据进行了对比分析。 主题词燃气射流数值计算有限体积法(FVM) 1引言 对于采用热发射方式发射的这种发射装置，导弹发射时发动机喷出的大量高温、高速燃气流作用其上，因 此将大量高温高压燃气通过发射装置顺利地排导出去同时确保发射装置能经受住高温燃气的烧蚀是发射装置 研制的关键所在。作为一种研究流体流动的新方法，计算流体动力学(CFD)已广泛地应用在各个流体领域并 越来越受到人们的重视。运用计算流体动力学(c肋)软件对燃气流在这种发射装置中的复杂流动进行数值模 拟，可为这种发射装置的研制提供理论依据。而可靠的数值计算，模型选择的正确与否至关重要。由于湍流的 复杂性，各简化的湍流模型都只能适用一定的流动条件及流动状态，反之，对特定的流动条件及流动状态找到 适合的流动模型对工程计算同样重要。本文运用计算流体动力学(C肋)FLUENT软件，对二维轴称结构采用 k—e二方程模型及雷诺应力(冗sM)模型进行了数值计 无粘理想气体(Inviscidideal—gas)模型、湍流Realizable 算，湍流模型的近壁面处使用标准壁面函数修正。并将各模型的数值计算结果与试验测量数据进行了深入的 研究及比较分析，寻求最合适的气体模型。 2数值计算 2．1控制方程 质量守恒方程： 害+丕(脚)=0 动量守恒方程： ，无粘理想气体为Elder方程： 。 · P+lD孑+≯ 害(ID莎)+V。(』D茹)=一V 粘性气体为雷诺平均N—S方程： u一／uj) 蓦(脚)+刍(删)=一差+南【卢(嚣+筹一号筒裂)】+南(一e 能量守恒方程： 蔷(雄)+V’(V(eE+p))=一”(三，hjjj)+Sh 其中Real／zablek一￡模型的k和e输运方程为： ￡(肚)+未(柳)=未【((产+如．吐，l捌ak．1+向+侥一萨一％+Sk 鲁(p)+昌(卢越)=刍【(p+础盥l，柳ak．1+』Dc·一 l。cz i≠．_i+c·e詈cje岛+ ·32· 雷诺应力(RSM)模型输运方程： ￡(一』D t面)+￡(耻厕)= 一未[(pu／ujuk+瓦丽而)】+最【(∥未(面)】 uiO) 一p(而篆+面蒙)-—伊(g／uT—)+d +P(筹+筹) 2．2计算方法 工质假定为理想完全气体(无粘理想气体)，无化学反应，用一阶精度的有限体积法(朋z)离散控制方程． 计算采用非定常、偶合显式算法进行求解。 ． 2．3边界条件 口)进口边界：以某型号助推器的出口压力和静态温度为进口条件； 6)出I：1边界：以大气环境压力和静态温度为出口条件； c)壁面边界：理想气体在壁面可滑移，紊流模型采用无滑移固壁条件并由壁面函数法确定； d)热边界：无粘气体无热交换，粘性气体与筒壁以强对流换热为主，外筒外壁与大气可按自然对流换热处 理。 2．4计算网格 麓黼摊#撑} ㈥|| 懈 蚺 { 磷燃舞 肿 瞄碰溯臻蠊#}{擀 #幸 j ． 鞭擞 { 十¨ H。