水下两相冲压喷射发动机性能的数值模拟研究-哈尔滨工业大学学报.PDF

第４２卷　第３期 哈　尔　滨　工　业　大　学　学　报 Ｖｏｌ４２ Ｎｏ３ 　 　 ２０１０年３月 ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＨＡＲＢＩＮＩＮＳＴＩＴＵＴＥＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｍａｒ．２０１０ 　　　　　　 水下两相冲压喷射发动机性能的数值模拟研究 付英杰，魏英杰，张嘉钟，董　磊 （哈尔滨工业大学 航天学院，哈尔滨 １５０００１，ｆｕｙｊ２２７１＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ） 摘　要：为了对水下两相冲压喷射发动机的性能进行理论研究，分别对扩张段、混合腔及喷管进行分析并建 立了物理模型．基于双流体模型，采用变步长的Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔａ法进行了喷管内泡状流计算．综合各部分计算 结果求得发动机推力与推进效率．重点研究了混合腔与入口面积比（Ａ／Ａ）、发动机入口面积（Ａ）、通气量、 ｍ ｉ ｉ 航行速度及初始气泡半径对发动机推力及效率的影响．计算结果表明：发动机推力和效率均随着面积比 Ａ／Ａ的增大而增大；当Ａ／Ａ保持不变时，推力和效率随入口面积Ａ的增大而增大；推力随着通气量、航行 ｍ ｉ ｍ ｉ ｉ 速度的增大而增大，效率却随其增大而减小；气泡初始半径增大时，发动机推力及效率同时减小．这将为两相 冲压喷射发动机设计提供一定依据． 关键词：水下两相冲压喷射推进；泡状流；推力；推进效率；数值模拟 中图分类号：Ｕ６６４３４ 文献标志码：Ａ 文章编号：０３６７－６２３４（２０１０）０３－０３４３－０５ Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｔｕｄｙｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｂｕｂｂｌｙｗａｔｅｒｒａｍｊｅｔｅｎｇｉｎｅ ＦＵＹｉｎｇｊｉｅ，ＷＥＩＹｉｎｇｊｉｅ，ＺＨＡＮＧＪｉａｚｈｏｎｇ，ＤＯＮＧＬｅｉ （ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５０００１，Ｃｈｉｎａ，ｆｕｙｊ２２７１＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｐｒｅｄｉｃｔｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｂｕｂｂｌｙｗａｔｅｒｒａｍｊｅｔｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ，ｔｈｅｐｈｙｓｉｃａｌｐｒｏｃｅｓｓｅｓｏｃｃｕｒｒｉｎｇｉｎ ｔｈｅｄｉｆｆｕｓｅｒ，ｍｉｘｉｎｇｃｈａｍｂｅｒａｎｄｎｏｚｚｌｅｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｓｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｓｅｐａｒａｔｅｌｙｕｎ ｄｅｒｔｈｅｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎｓｏｆｃｅｒｔａｉｎｓｉｍｐｌｉｆｙｉｎｇａｓｓｕｍｐｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅｂｕｂｂｌｙｎｏｚｚｌｅｆｌｏｗｗａｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄｗｉｔｈｔｗｏｆｌｕｉｄ ｍｏｄｅｌａｎｄｖａｒｉａｂｌｅｓｔｅｐｓｉｚｅＲｕｎｇｅＫｕｔｔａｓｃｈｅｍｅ．Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆａｒｅａｒａｔｉｏｓ（ｍｉｘｉｎｇｃｈａｍｂｅｒｔｏｉｎｌｅｔａｒｅａ， Ａ／Ａ），ｉｎｌｅｔａｒｅａＡ，ａｉｒｍａｓｓｆｌｏｗｒａｔｅ，ｖｅｓｓｅｌｓｐｅｅｄ，ｉｎｉｔｉａｌｂｕｂｂｌｅｒａｄｉｉａｎｄｈａｌｆｎｏｚｚｌｅｃｏｎｖｅｒｇｉｎｇａｎｇｌｅ ｍ ｉ ｉ ｏｎｔｈｅｔｈｒｕｓｔａｎｄｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｗａｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｂｙｃｏｍｐａｒｉｎｇｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ．Ｉｔｉｓｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｂｕｂｂｌｙ ｗａｔｅｒｒａｍｊｅｔｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎｉｓｍｏｒｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｆｏｒｂｉｇｇｅｒａｒｅａｒａｔｉｏｓＡ／ＡａｎｄｂｉｇｇｅｒｉｎｌｅｔａｒｅａＡ．Ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓ ｍ ｉ ｉ ｉｎｇａｉｒｍａｓｓｆｌｏｗｒａｔｅａｎｄｖｅｓｓｅｌｓｐｅｅｄ