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西北工业大学本科毕业设计论文 脉冲爆震发动机进气装置气动特性研究 专业名称： 飞行器动力工程 指导老师： 郑 龙 席 姓名： 赵 伟 学号： 061567 班级： 毕业时间： 2010年7月 一脉冲爆震发动机简介 脉冲爆震发动机是一种利用脉冲式爆震波产生推力的新概念发动机（Pulse Detonation Engine ,简称 PDE）。 PDE由进气道、阀门、点火器、爆震室、喷管等组成。一个工作循环包括进气、喷油、点火、燃烧（含爆震波的生成及传播）及排气。整个工作过程是间歇性的、周期性的。当爆震频率很高时，例如大于100Hz时，可近似认为工作过程是连续的。由于爆震波能产生较高的压比，可以消除笨重昂贵的高压供给系统的需要，从而降低推进系统的质量、复杂性、成本以及封装体积。 PDE还可以在变化范围宽广的飞行马赫数（Ma）下工作。PDE根据是否采用大气作为工质，它可以分为吸气式脉冲爆震发动机和火箭式脉冲爆震发动机。 脉冲爆震发动机基本循环 脉冲爆震发动机进气装置结构设计 此进气装置由四段交叉突壁结构（黄色部分）和一个切向进气结构（蓝色部分）组成，每段交叉突壁结构由两个相同的基本结构组成。整个进气道由左向右进气通过这两个结构的组合希望达到防止气流逆向流动的目的。 3D 脉冲爆震发动机进气道俯视图 3D 脉冲爆震发动机进气道左视图 交叉突壁结构CAD设计图 脉冲爆震发动机进气装置数值模拟 总体计算要求 利用FLUENT解决脉冲爆震发动机进气装置数值模拟问题时，需要考虑以下几个问题： 1 确定计算目标。预期从CFD模型计算中获得怎样的结果？（速度场、温度场、气动力等），获得这些结果需要的时间要求多久，从模型中需要得到怎么样的精度？（气动力的误差小于百分之几等）。 2 选择计算模型。所遇到的问题是否能够简化，（三维问题是否可以简化成二维或轴对称、面对称问题），计算区域如何界定，使用怎样的边界条件，各个边界的信息是否充分，什么类型的网格拓扑结构更加适合解决所遇到的问题所有这些问题将解决计算模型的选用。 3 确定物理模型。确定有无粘度，层流还是湍流，定常还是非定常，是否需要应用其他物理模型（燃烧，多相流等）。 4确定解程序。确定是否使用默认解的格式与参数值，采用哪一种求解格式可以加快收敛，估计得到收敛解需要的时间要多久，是否需要选择高阶格式。 5 分析改进计算。根据获得的收敛结果，分析流型是否正确，关键物理现象是否模拟正确。压力、速度、温度、流量等与实验值比较是否满足模型要求。 针对以上问题，对现有模型进行分析要求: 计算目标 1.预期从模型计算中获得速度场、压力场、温度场。 2.对计算模型分别进行500次和1000次迭代计算。 3.其残差收敛标准设置为0.000001 计算模型 1将三维模型简化为二维，取流道不重复的一个基本单元为计算区域。 2分别建立正向和逆向两个流道模型，两个模型尺寸相同 3使用FULENT中自动生成网格 物理模型 1流质为空气，无粘度、层流、定常、低速 2进口流速V 、压力101325p、温度300k 3不考虑其他物理模型、不考虑重力影响 解程序 1确定使用默认解的格式与参数值 2考虑使用2阶格式 分析改进计算 根据获得的收敛结果，分析流型是否正确，关键物理现象是否模拟正确。压力、速度、温度、流量等与实验值比较是否满足模型要求 进口速度v的确定： 进口速度由进气道后面的爆震室确定，根据爆震室的尺寸，计算在不同工况下所需的流量，以此确定在不同工况下进气道所需的流速。 1 脉冲爆震室所需流量： 尺寸：长2m 直径0.12m 计算公式： 其中 M流量 密度 D爆震室直径 L爆震室长度 n工作频率 2 进气道流量 根据设计，脉冲爆震室流量由四个进气道提供，所以每个进气道所需流量为总流量的1/4。即 3进气道速度 根据进气道的流量，计算进气道的速度 其中 密度 A进气道截面积 V流速 综上 进气道的初始流速 初始条件： D=0.12m L=2m A=0.00135 频率Hz 流速m/s 5.00 13.33 10.00 26.66 11.25 30 14.98 40 37.50 100 爆震室每一个工况的工作频率对应着一个相应的流速，通过以上公式可计算出每一个工况下的进气道流速，以下计算均以频率11.25Hz、流速30m/s为初始条件。 使用GAMBIT建立模