滑移边界条件对二维微喷管数值模拟结果的影响.PDF

第 26 卷第 6 期 　 宇 　航 　学 　报 Vol. 26 　No. 6 2005 年 11 月 　　 Journal of Astronautics 　　November 2005 滑移边界条件对二维微喷管数值模拟结果的影响 孙建威 , 刘明侯 , 张根火亘 , 张先锋 , 陈义良 ( 中国科学技术大学热科学与能源工程系, 合肥 230027) 　　摘 　要 : 采用 NS 方程对微型缩放喷管内的流场进行二维数值模拟。引入滑移边界条件 ,通过比较有、无滑 移边界条件的数值结果 ,发现微喷管内 Kn 小于 0. 0054 时 ,不同壁面边界条件对流场和微喷管性能参数都没有太大 影响 ;当 Kn 在 0. 0054～0. 025 时 ,滑移边界条件对流场的模拟已经有较大的影响 ,但是对预测微喷管的性能影响并 不大 ,在 3 %以内;当 Kn 在 0. 025 - 0. 045 时 ,滑移边界条件不仅对流场的影响已经较明显 ,而且对微喷管性能预测 也影响较大。 关键词 : 微喷管 ; 滑移边界 ; 数值模拟 ( ) 中图分类号: V430 　　　文献标识码 : A 　　　文章编号 : 2005 0 　引言 1 　控制方程 基于微型卫星调姿和轨道定位的需要 ,微推进 算例中基于喷管喉道宽度尺度的雷诺数较小 , 系统的研制工作成为航天技术的一个热点[1 - 4 ] 。冷 为层流流动 , 因此采用层流可压速的二维NS 方程 气推力器没有燃烧带来的高温冷却问题 ,也无需运 作为该问题的控制方程。处理壁面边界时 ,分别采 动部件 ,因而结构简单 ,得到较多关注。对各种微推 用一阶滑移边界条件和无滑移边界条件。Maxwell 力器性能的评估主要靠微推力测试[5 ] ,测量量包括 推导出了单原子稀薄气体的滑移关系[7 ] 。对于理想 平均推力 ,脉冲冲量 ,流量和压强等参数。对于微推 气体 ,壁面滑移边界条件可以写为 : 进系统中的关键部件微喷管 , 目前的实验手段还不 2 - σ μ v u 3 T ugas - uwall = σ l y + 4 ρ 具备对其内部几十微米尺度的高速流动进行测试。 v w Tgas x w 因此 ,微喷管内流动的研究主要靠数值模拟[1 - 2 ,4 ] 。 ( ) 1 ( )