二元S弯喷管红外辐射特性数值研讨.pdf

中国工程热物理学会 传热传质学 学术会议论文 编号：093087 二元S 弯喷管红外辐射特性数值研究 刘常春 吉洪湖 李娜 林兰之 （南京航空航天大学能源与动力学院205 教研室 210016） 联系电话：0252205 ，Email: 摘要：本文以数值模拟的方法研究了二元S 弯喷管的红外辐射特性，并与同条件下的轴对称喷管、 二元喷管进行了对比。排气系统的流场采用商业CFD 软件FLUENT 进行计算，红外辐射特征采 用了NUAA-IR 软件[1]进行计算，分别分析了二元S 弯喷管在3 : 5µm 波段内上方探测平面、下 方探测平面以及侧向探测平面在0-90 °方位角上的红外辐射空间分布。结果表明：由于S 弯流道 的特性，二元S 弯喷管在下方探测平面及侧向探测平面内有着明显的遮挡作用，相对于轴对称混 合排气喷管和二元喷管具有明显的方向性红外抑制特性效果。 关键字：二元S 弯 红外特性 红外隐身 0 前言 随着红外制导导弹和机载红外有哪些信誉好的足球投注网站跟踪系统（IRST ）的发展，飞机受到的红外威胁 日益严重，对红外隐身的要求也越来越高。发动机的排气系统是飞机在3 : 5µm 波段内 的主要辐射源，其红外辐射包括了喷管内固体壁面及其燃气流的红外辐射[1-2] 。采用二 元喷管是一种有效抑制排气系统红外辐射的手段[3] ，而S 型弯曲流道可以利用弯道的特 性对发动机内部高温部件进行遮挡，降低其红外辐射。因此本文在宽高比为4.0 的二元 喷管基础上综合二者的特点，以某涡扇发动机为研究对象，设计了相同宽高比的二元S 弯喷管。本文的研究包括了流场计算和红外辐射特征计算两部分，其中流场计算采用 FLUENT 软件，其主要目的是为红外辐射特征计算提供了排气系统的温度场分布和 CO 、H O 等吸收-发射性介质的浓度分布。红外辐射特征计算采用根据离散传递法开 2 2 发的程序计算，计算结果并未考虑大气的吸收散射作用。 1 流场计算 1.1 模型与计算网格 以涡扇发动机模型为基础设计的二元S 弯喷管包括如下结构：中心锥、支板、内涵 壁面和二元S 弯喷管壁面，且由于该喷管在结构上具有对称性，因此流场计算中只选取 二分之一模型进行计算，即如图1 所示。喷管的进口截面包括内涵和外涵进口；二元S 弯喷管为收敛喷管，矩形出口宽高比为4.0 ，S/D=0.25，其中S 为出口中心与进口轴线 间的偏移量，D 为外涵进口直径。图2 是二元S 弯喷管的流场计算域示意图，该计算域 为1/2 圆柱体，直径是5D，长度为20D 。 外涵进口 内涵进口 支板 S 中心锥 二元S弯喷管壁面 5D 20D 内涵壁面 图1 喷管模型结构示意图 图2 流场计算域 图3 喷管对称面上流场计算网格示意图 图3是二元S弯喷管对称面上的流场计算网格示意图。为了提高计算的精度，计算域 全部采用结构化网格。在喷管内及近壁区、喷口后射流核心区域和外流场进口截面附近 的网格比较细密，而其它区域的网格比较稀疏。 1.2 边界条件、计算方法 二元S 弯喷管的内外涵进口截面在流场计算中设置为压力进口边界，给定总温、总 压。外流场边界设置为压力出口边界，其压力和温度与环境压力和温度相同。内涵壁面 和外涵壁面设置为固体区域，并与周围的流体域进行流固耦合换热。中心锥和支板均设 置为绝热壁面。另外内涵进口组分为燃气，外涵进口组分为空气。其中内涵进口截面的 CO 、H O 和CO 的摩尔浓度分数根据文献[4]方法计算得到。 2 2 本文采用 FLUENT