乐虎国际手机|乐虎国际手机客户端App下载|乐虎国际手机官方网

欢迎

手机导航

分别喷管体式对PDE职能影响领会

发布时间:2020-03-03 文章来源:乐虎国际手机|乐虎国际手机客户端App下载|乐虎国际手机官方网 作者:admin

  分别喷管形势对PDE职能影响剖析_物理_天然科学_专业材料。分别喷管形势对PDE职能影响剖析

  分别喷管形势对PDE职能影响剖析* [摘要]本文涉及了带扩张、收敛、收敛扩张三种形势彭冠的 脉冲爆震策划机(PDE)模子。告捷推理得出一维时空守恒元 与解元(CE/SE)法的准备式,并正在脉冲爆震策划机模仿 内部流场中采用,维系定量和定性门径剖析模仿结果,研 究注解喷管能够有用革新PDE的职能参数,然而喷管的形 状对PDE的职能影响较大。上述查究结果将为PDE模子和 职能的优化供给表面基本。 [症结词]脉冲爆震策划机;CE/SE门径;数值模仿;喷管 [中图分类号]V235 [文件标记码] A Analysis of Different Nozzles.Effect on PDE Performance WANG Jie,WENG Chun-sheng (School of Power Engineering, NUST, Nanjing 210094,China) Abstract:In this paper, three pulse detonation engine with different nozzles-convergent, divergent, convergentdivergent nozzle are designed. A new method of CE/SE (the space-time conservation element and solution element) is deduced to simulate the PDE.s interior flow. The qualitative analysis and the quantitative analysis to the result of simulation are done. It shows that the PDE with a nozzle can improve the performance parameterimpulse, but different nozzle has the different effects on PDE performance. So, all results of the simulation have an important effect on improving the model or performance of the PDE. Key words:pulse detonation engine;CE/SE method; numerical simulation;nozzle 1 幼序 脉冲爆震策划机(pulse detonation engine,PDE)中,尾喷管 的职能为有用将爆震室中高压燃气的热能转化为动能,从而提 高策划机运转推力,有用革新PDE的职能。Cambier和 Tegner[1]切磋了分别类型的扩张喷管对PDE事情功效的感化。 Yungster[3]正在单次和多次爆震轮回发展数值模仿,切磋了扩张 喷管对PDE职能的革新情景。本文切磋了喷管长度一律、燃料 填充率一律、形势分别的PDE模子,同时采用CE/SE门径有用 模仿了脉冲爆震策划机内部流场,维系定量和定向剖析门径深 入剖析了模仿结果,并斗劲有喷管和无喷管两种PDE的职能, 最终得出喷管类型同PDE职能的感化联系。 2 表面模子 2.1 PDE模子 数值模仿采用的PDE参考Cooper[4]等人查究采用的PDE,爆 震管直径为7.6cm,长度为60.9cm。基于上述PDE模子,文中 涉及了扩张喷管、收敛喷管和收敛扩张喷管共三种喷管,三种 喷管长度都为30cm,进口截面积同爆震管一律。扩张、收敛、 收敛扩张三种喷管中,出口截面积同进口截面积的比值辞别为 1/2、2、1/2,此中收敛扩张喷管中,喉部截面积同进口截面积 的比值是5/8。 2.2 数学模子 PDE内部流场较为庞杂,因此模仿PDE模子时,需求举行简化经管, 构修以数值准备为基本的数学模子。针对爆震管长与直径的比值为 8:1的PDE,其内部流场径向效应不明显,紧要以轴向效应为主,而 且前者对后者感化较幼。因此,正在模仿PDE内部流场时,经常将气 体看做理思气体,气体之间不举行热量传达,同时疏忽粘滞摩擦和 热辐射等效应;同时爆震管看做热绝缘体;爆震管中,统一截面具 备不异巨细的参量,疏忽切向和径向效应,从而得出带喷管的PDE 的一维气体活动Euler方程: (1) 式中: 公式中,m取值为1,2,3,4时,辞别代表相联、动量、能量和组分公 式。此中Um呈现需求解答的守恒量,Fm呈现对流项,Sm呈现源项, Hm呈现截面积转移时的对流项。参数u呈现速率,Q呈现气体密度、 P呈现压力,E呈现总能量,其公式为E= e+zq0+u2/2,式中,e呈现 内能,q0呈现化学反映发作的热能。假定化学反映为简单步调的反 应,那么可用Arrenius公式准备化学反映能量转移,其源项可呈现为: ω=-Kρzexp(-E+/RT) (2) 此中,R呈现气体常数, E+呈现活化能,K呈现指前因子。 3 数值准备门径)))一维CE/SE门径 3.1 求解元与守恒元真实定 CE/SE门径中,韶华-空间准备域能够看做由多个求解原构成的网格区域。假定流场的变量具备相联型,那么每个求解元都能够 举行Taylor级数睁开,有用打破相邻求解元得界线,流程变量也恐怕不具备相联型,然而每个网格点对应的守恒元都具备不异的 空间—韶华积分通道。如图1所示,对二维欧几里德空间举行网格划分[2],制成多个网格单位,网格的极点呈现为(j,n) 此中:n =0,±1/2,±2/2…,j = n±1/2,n±3/2…。,同时采用矩形ABCD呈现守恒元,采用菱形AGDF呈现求解元,见图2. 3.2 Unj的算法 基于Chang[2]采用的韶华—空间经管门径,将x1= x,x2= t界说为偶是空间E2的两个坐标,依据高斯定理,界说 Rm=1/A(dA/dx)Hm+Sm,那么方程(1)可转嫁为: RS(V)hm#ds =QvRm#ds (m =1,2,3,4) (3) 式中:S(V)是V正在E2上恣意时空区域的界线,hm= (Fm,Um)是时空通量流密度矢量。 图1中,恣意网格点(j,n)I8,具备其对应的求解原SE(j,n)即菱形AGDF区域和守恒元CE(j,n)即矩阵ABCD。针对任何一个 (x,t)ISE(j,n),其,Fm(x,t)和Um(x,t)可辞别被离散量F*m(x,t;j,n)和U*m(x,t;j,n)代替。上述离散量一阶泰勒级数睁开后为: U*m(x,t;j,n) = (Um)nj+(Umx)nj(x-xj)+(Umt)nj(t-tn) (4) F*m(x,t;j,n) = (Fm)nj+(Fmx)nj(x-xj)+(Fmt)nj(t-tn) (5) 于是: h*m(x,t;j,n) = (F*m(x,t;j,n),U*m(x,t;j,n)) (6) 可见,方程(3)的近似离散量为: RS(V)h*m#ds =QvR*m#ds, P(j,n)I8 (7) 辞别求出每个守恒元CE(j,n),的h*m,并将该值套进公式(7),得出如下差分方程: (Um)nj-(Rm)nj$t2= [(Um)n-1/2j-1/2+(Um)n-1/2j+1/2+(Sm)n-1/2j-1/2-(Sm)n-1/2j+1/2]/2 (8) 此中: (Sm)nj= ($x/4)(Umx)nj+($t/$x)(Fm)nj+($t2/(4$x))(fmt)nj (9) Umx可用如下核心差分准备:上式即是CE/SE的求解公式,公式9中,Fm依旧为Umx和Um的函数,因此还需求得出Umx的求解 公式。 (Umx)nj= [(U+mx)nj+(U-mx)nj]/2 (10) (U?mx)nj=?[(“ Um)nj?2-(Um)nj]/($x/2) (11) (“ Um)nj?1/2= (Um)n-1/2j?1/2+($t/2)(Umt)n-1/2j?1/2 (12) 对待生活间断的流场,可对其举行订正: (Umx)nj= W((U-mx)nj,(U+mx)nj,A) (13) 式中加权函数W 界说为: W(x-,x+,A) = x+Ax-+ x-Ax+ x+A+ x-A (A平凡取1或者2) (14) 3.3 源项的经管 平凡来说,化学反映较速捷,反映韶华远远少于气体对流 韶华,因此源项为刚性量[2],能够隐形式经管源项。操纵 CE/SE门径准备(Um)nj时,往往将源项先疏忽,并将其当 作初值,用于求解常微分方程dUm/dt = Rm,求解门径为 牛顿迭代法。 4 准备结果及其剖析 数值模仿四种PDE模子,并对PDE内部流场举行准备求 解。PDE爆震管中,搀和比例依据化学当量。采用一维CE/SE法举行数值 模仿,设立721个网格单位,此中241个单位为喷管,480 个单位为直管,对模子中一起物理量举行无量纲求解。 4.1 界线条目与初始条目 爆震管的界线条目为:右端启齿为非反射CE/SE界线、左 端管壁为无滑挪动界线,假设气体出口速率是亚音速,那 么出口压力同处境压力仍旧一律。为获取优良的爆震波, 其初始条目设为:当x[0101时,p=15,T=15,z=1,u=0;其它位 置为p =1,T =1,z =1,u =0。准备条目为CFL =016,R =287,K =300,C=112015。 4.2 准备结果与剖析 图3呈现参考材料中与现实运算后获得的P-t弧线之间的对照。(a) 代表表面运算获得的P-t图形,此中,三个弧线的寓意是无喷管 PDE爆震管的2/3、1/3及出口处压力时,韶华的改革联系。(b) 代表试验P-t图形,由于爆轰时题目过多,同时,这已经过会与化 学反映、工质以及尺寸等要素亲昵相闭,结果显示,依据试验 获得的P-t弧线体现出的振撼情形是不固定的。作品诈欺了一种 化学反映模子对这已经过举行说明,反映经过中疏忽了湍流等 要素的影响感化,和现实比拟生活少少偏差。因此,运算图形 的转移特色和试验结果斗劲吻合,但是也生活少少偏差,好比 说振撼法则的偏差等。 从图4到图7的图形代表了脉冲震爆策划机运转时的推力壁压 力正在扩张喷管、收敛喷管、无喷管、收敛扩张喷管情形下与时 间之间的转移联系。弧线的前面一片面类似,代表了推力壁出 发作的爆震波,同时又正在爆震管中传达,推力壁压力根本不改 变。然后,爆震波通过了喷管,脱节爆震管,进而形成了少少 反射波,于是也发作了少少推力壁压力的转移。图4代表无喷管 的PDE,0.372情形下,爆震波脱节爆震管后正在爆震管的启齿处制 成了膨胀波,然后再传回推力壁,消浸了压力巨细,简直能够 正在弧线的压力宽容片面看出。图5代表正在扩张喷管的PDE,0.365 情形下,爆震波通过了喷管,由于喷管截面积的扩大,进而形成 膨胀波,感化于推力壁,裁汰了压力值;0.583情形下,爆震波 作品上片面查究了正在扩张喷管、收敛喷管、无喷管以及收敛扩张喷 管情形下,PDE推力壁上感化了的改革特色,也即是上图的几个曲 线,作品下片面则核心剖析分别喷管类型对PDE职能的影响。脉冲 爆震策划机拥有的职能目标有许多,能够分为:燃料比、比冲以及 冲量等。通过模仿准备剖析能够获取4品种型的脉冲爆震策划机正在 利用氧气以及丙烷的搀和物基本上,创立H与Ma的值辞别为0,获 取相闭试验职能,注意如表1。 依据上表能够浮现,由于喷管类型的区别,进而形成了脉冲爆震 策划机职能的区别。即使脉冲爆震策划机带有喷管,则策划机的性 能参数则会彰彰降低,同时,分别于无喷管脉冲爆震策划机,其会 获取相对较大的冲量增益。除此除表,燃料比冲、比冲以及单元推 力等职能参数也比无喷管脉冲爆震策划机较好。然而,即使是扩张 喷管脉冲爆震策划机,那么这些职能参数则比无喷管脉冲爆震策划 机差,情由正在于,喷管的形势巨细以及燃料搀和物等要素的影响。 然而,由于分别打算者所打算的喷管形势巨细以及喷管类型也有一 定的区别,这就使得试验结果和模仿结果生活必然水准上的区别, 然而,模仿试验获得的职能参数并不会豪爽偏离文件中的职能参数, 也即是说,模仿结果是科学的。 5 结论 查究获得一维CE/SE运算门径,同时将其诈欺正在带喷管脉冲爆震发 动机中,进而有用的模仿出策划机中的内部流场,如此获得的现实结果 和模仿结果类似。同时,具有较高的捕获材干,这也能够有用的 再现出爆震经过。通过深化的查究获得:即使脉冲爆震策划机带有喷头, 那么,策划机的职能就会大大降低,但是,喷管类型分别也会对职能参 数形成很大的影响。依据收敛扩张以及收敛喷管的PDE,这就会形成向 上部宣传的压缩波,如此以后,爆震压力的均匀值巨细就会稳固正在较高 值规模内,并且,这也会使得策划机的其它职能参数有用降低,好比说 比冲以及单元推力等;即使是扩张喷管,那么体例的轮回韶华就会大大 扩大,极端会使PDE职能参数,好比说燃料比冲等有用裁汰,但同时 也会扩大冲量巨细。情由正在于,喷管的形势巨细以及燃料搀和物等要素 的影响。因此,正在出产操纵时,就能够依据央求进一步改革喷管的形势 特色,进而知足分别的需求。 [参 考 文 献hanica Sinica,2005,21(1): 32-39. [6] 翁春生, Gore J P. CE/SE门径正在非定常爆轰准备中的操纵[J].氛围动 力学报,2003,21(3). [7] 翁春生,王浩.准备内弹道学[M].北京:国防工业出书社,2006.


最新内容

地址:江苏省连云港市西山区西苑浦路88号

手机:15996540880

邮箱:774494942@CVNGH.com

热线:53196850

传真:53196850

友情链接:

网站地图 XML地图

©CopyRight 2019, 乐虎国际电子娱乐, Inc.All Rights Reserved. 「szjssn.com」