脉冲爆轰发动机水下单次爆轰燃气射流初期流场特性

发布时间：2024-05-22 01:52

　　为探索水下新型动力系统,以脉冲爆轰发动机(PDE)为载体,研究了爆轰推进应用于水下动力推进的可能性。基于雷诺时均Navier-Stokes方程和耦合Level-Set方程的流体体积函数多相流模型、重整群化k-ε湍流模型建立了PDE水下单次爆轰燃气射流初期流场流动模型,利用计算流体力学方法进行了数值求解。结果表明:前导激波具有明显的指向性,作用时间短,引起的压力扰动变化趋势陡峭;燃气射流引起的压力扰动不具有指向性,作用时间长,引起的压力扰动变化趋势平缓; t=3 ms时,燃气泡的平均横向生长速度为13.1 m/s,平均径向生长速度为12.7 m/s,燃气泡形状从初始扁平型逐渐生长为椭球型。

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【部分图文】：

图1计算域及边界条件示意图

图1给出了PDE水下单次爆轰燃气射流计算域及边界条件示意图，其中爆轰管直径D=60mm，壁厚δ=6mm，爆轰管长l=0.5m，计算域宽W×长L为0.6m×0.8m．全域采用结构化网格，并在管口处进行网格加密。经网格无关性验证和时间步长无关性验证后，选取计算时间步长为1μ....

图2压力进口处马赫数及静压随时间变化曲线

PDE水下工作时，燃料和氧化剂在爆轰管内充分混合，经点火与燃烧转爆轰(DDT)装置作用后形成稳定传播的爆轰波，波后是高温高压高速燃气。爆轰波抵达管口后，开始与外流场中静止的水相互作用，爆轰波透过气体-液体界面，压力扰动以球面波形式向四周传播。与PDE在大气中的射流类似，管口下游明....

图3射流初始阶段外流场压力波传播云图

随着爆轰管内燃气的泄放，管口压力扰动强度放缓，下游水流场中压力变化趋于平缓。点x=0.6m、y=0.6m位于边界点上，由图6可知其压力曲线变化趋势与计算域内监测点相同，无假波出现，证明了非反射压力出口边界条件的稳定性。图4不同时刻轴线上压力分布图

图4不同时刻轴线上压力分布图

图3射流初始阶段外流场压力波传播云图计算域内其余各监测点压力曲线的变化趋势与r=0.5m、θ=0°处类似。针对相同半径上的各监测点，plθ为角度θ处前导激波压力峰值，pl0°为0°处前导激波压力峰值;pjθ为角度θ处燃气射流引起的压力峰值，pj0°为0°处燃气射流引起的压力峰....

本文编号：3980224