Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Dòng chảy trong vòi phun phẳng hội tụ–phân kỳ
Tóm tắt
Dòng chảy trong một vòi phun hội tụ–phân kỳ được nghiên cứu cho tỷ lệ áp suất (NPR) từ 1 đến 11 và tỷ lệ diện tích đầu ra so với diện tích cổ họng từ 1.2 đến 2.0. Các phương trình Navier–Stokes nén không ổn định cùng với mô hình turbulence Spalart–Allmaras được giải bằng phương pháp phần tử hữu hạn ổn định trong hai chiều. Dòng chảy không đối xứng được quan sát thấy ở các NPR trung bình. Tải trọng bên do tính không đối xứng của dòng chảy tăng lên khi tỷ lệ NPR và tỷ lệ diện tích tăng. Nhiều chế độ dòng chảy khả thi trong toàn bộ không gian tham số được xác định. Việc giới thiệu dòng chảy thoát ra khỏi lớp biên dẫn đến điều kiện dòng chảy ổn định và đối xứng ở tất cả các NPR. Do đó, vòi phun không trải qua lực bên cho bất kỳ NPR nào. Việc áp dụng thoát khí dẫn đến sự dịch chuyển đáng kể về phía hạ lưu của vị trí sóng sốc ở NPR thấp đến trung bình. So với trường hợp không thoát khí, vòi phun bị mất lực đẩy trong chế độ này. Tuy nhiên, hiệu suất lực đẩy cho $$\text {NPR} > 6$$ không bị ảnh hưởng bởi việc thoát khí. Tác động của hình dạng vòi phun đối với dòng chảy ở các NPR khác nhau được nghiên cứu. Bốn hình dạng khác nhau với cùng tỷ lệ diện tích và chiều dài vòi phun được xem xét. Những hình dạng này khác nhau về hồ sơ bề mặt vòi phun, bao gồm sự không liên tục trong độ dốc của bề mặt. Ngoại trừ một số khác biệt nhỏ ở NPR thấp đến trung bình, dòng chảy là tương tự đối với tất cả các hình dạng được xem xét.
Từ khóa
#Đường phun hội tụ–phân kỳ #Tỷ lệ áp suất #Mô hình turbulence Spalart–Allmaras #Phương trình Navier–Stokes #Dòng chảy không đối xứngTài liệu tham khảo
Lawrence, R.A.: Thin layer approximation and algebraic model for separated turbulent flows, Research Report Number 67-1. Southern Methodist University (1967)
citation_journal_title=AIAA J.; citation_title=Factors affecting flow separation in contoured supersonic nozzles; citation_author=RA Lawrence, EE Weynand; citation_volume=6; citation_issue=6; citation_publication_date=1968; citation_pages=1159-1160; citation_doi=10.2514/3.4693; citation_id=CR2
citation_journal_title=J. Propul. Power; citation_title=Experimental investigation of separated nozzle flows; citation_author=CA Hunter; citation_volume=20; citation_issue=3; citation_publication_date=2004; citation_pages=527-532; citation_doi=10.2514/1.4612; citation_id=CR3
citation_journal_title=Shock Waves; citation_title=Origin of flow asymmetry in planar nozzles with separation; citation_author=S Verma, C Manisankar; citation_volume=24; citation_issue=2; citation_publication_date=2014; citation_pages=191-209; citation_doi=10.1007/s00193-013-0492-1; citation_id=CR4
citation_journal_title=Shock Waves; citation_title=Experimental analysis of unsteady separated flows in a supersonic planar nozzle; citation_author=A Bourgoing, P Reijasse; citation_volume=14; citation_issue=4; citation_publication_date=2005; citation_pages=251-258; citation_doi=10.1007/s00193-005-0269-2; citation_id=CR5
citation_journal_title=Shock Waves; citation_title=Supersonic flow separation in planar nozzles; citation_author=D Papamoschou, A Zill, A Johnson; citation_volume=19; citation_issue=3; citation_publication_date=2009; citation_pages=171-183; citation_doi=10.1007/s00193-008-0160-z; citation_id=CR6
citation_journal_title=AIAA J.; citation_title=Numerical investigation of supersonic nozzle flow separation; citation_author=Q Xiao, HM Tsai, D Papamoschou; citation_volume=45; citation_issue=3; citation_publication_date=2007; citation_pages=532-541; citation_doi=10.2514/1.20073; citation_id=CR7
Nave, L., Coffey, G.: Sea level side loads in high-area-ratio rocket engines, AIAA Paper 73-1284 (1973)
citation_journal_title=Appl. Mech. Rev.; citation_title=Supersonic flow separation with application to rocket engine nozzles; citation_author=J Ostlund, B Muhammad-Klingmann; citation_volume=58; citation_issue=3; citation_publication_date=2005; citation_pages=143-177; citation_doi=10.1115/1.1894402; citation_id=CR9
citation_journal_title=Shock Waves; citation_title=Nozzle flow separation; citation_author=A Hadjadj, M Onofri; citation_volume=19; citation_issue=3; citation_publication_date=2009; citation_pages=163-169; citation_doi=10.1007/s00193-009-0209-7; citation_id=CR10
Elmiligui, A., Abdol-Hamid, K.S., Hunter, C.A.: Numerical investigation of flow in an over-expanded nozzle with porous surfaces, AIAA Paper 2005-4159 (2005)
Hunter, C.A.: Experimental, theoretical, and computational investigation of separated nozzle flows, AIAA Paper 98-3107 (1998)
citation_journal_title=J. Propul. Power; citation_title=Overexpanded two-dimensional-convergent-divergent nozzle flow simulations, assessment of turbulence models; citation_author=A Hamed, C Vogiatzis; citation_volume=13; citation_issue=3; citation_publication_date=1997; citation_pages=444-445; citation_doi=10.2514/2.5183; citation_id=CR13
citation_journal_title=Appl. Math. Model.; citation_title=Assessment of turbulence modeling for gas flow in two-dimensional convergent-divergent rocket nozzle; citation_author=A Balabel, A Hegab, M Nasr, SM El-Behery; citation_volume=35; citation_issue=7; citation_publication_date=2011; citation_pages=3408-3422; citation_doi=10.1016/j.apm.2011.01.013; citation_id=CR14
citation_journal_title=Shock Waves; citation_title=Numerical investigation of overexpanded nozzle flows; citation_author=M Sellam, G Fournier, A Chpoun, P Reijasse; citation_volume=24; citation_issue=1; citation_publication_date=2014; citation_pages=33-39; citation_doi=10.1007/s00193-013-0458-3; citation_id=CR15
Girard, S.: Etude des interférences de choc dans les tuyères surdétendues à choc interne. Ph.D. thesis, Université Pierre et Marie Curie, Paris (2009)
Spalart, P.R., Allmaras, S.R.: One-equation turbulence model for aerodynamic flows, AIAA Paper 92-0439 (1992)
citation_journal_title=J. Propul. Power; citation_title=Flow in a Y-intake at supersonic speeds; citation_author=VMK Kotteda, S Mittal; citation_volume=32; citation_issue=1; citation_publication_date=2016; citation_pages=171-187; citation_doi=10.2514/1.B35699; citation_id=CR18
citation_title=A multidimensional upwind scheme with no crosswind diffusion; citation_inbook_title=Finite Element Methods for Convection Dominated Flows, AMD; citation_publication_date=1979; citation_pages=19-35; citation_id=CR19; citation_author=TJR Hughes; citation_author=AN Brooks; citation_publisher=ASME
citation_journal_title=Comput. Methods Appl. Mech. Eng.; citation_title=Streamline upwind/Petrov–Galerkin formulations for convection dominated flows with particular emphasis on the incompressible Navier–Stokes equations; citation_author=AN Brooks, TJR Hughes; citation_volume=32; citation_publication_date=1982; citation_pages=199-259; citation_doi=10.1016/0045-7825(82)90071-8; citation_id=CR20
Tezduyar, T.E., Hughes, T.J.R.: Finite element formulations for convection dominated flows with particular emphasis on the compressible Euler equations. In: Proceedings of AIAA 21st Aerospace Sciences Meeting, Reno, NV, AIAA Paper 83-0125 (1983)
Le Beau, G.J., Tezduyar, T.E.: Finite element computation of compressible flows with the SUPG formulation. In: M.N. Dhaubhadel, M.S. Engelman, J.N. Reddy (eds.) Advances in Finite Element Analysis in Fluid Dynamics, FED-Vol. 123, pp. 21–27. ASME, New York (1991)
citation_journal_title=Comput. Methods Appl. Mech. Eng.; citation_title=Finite element computation of unsteady viscous compressible flows; citation_author=S Mittal; citation_volume=157; citation_publication_date=1998; citation_pages=151-175; citation_doi=10.1016/S0045-7825(97)00225-9; citation_id=CR23
citation_journal_title=Comput. Mech.; citation_title=Finite element computation of unsteady viscous transonic flows past stationary airfoils; citation_author=S Mittal; citation_volume=21; citation_publication_date=1998; citation_pages=172-188; citation_doi=10.1007/s004660050293; citation_id=CR24
Kotteda, V.M.K., Mittal, S.: Stabilized finite-element computation of compressible flow with linear and quadratic interpolation functions. Int. J. Numer. Method. Fluids 75(4), 273–294 (2014)
citation_journal_title=Comput. Methods Appl. Mech. Eng.; citation_title=Computation of flows in supersonic wind-tunnels; citation_author=S Mittal, S Yadav; citation_volume=191; citation_issue=6; citation_publication_date=2001; citation_pages=611-634; citation_doi=10.1016/S0045-7825(01)00305-X; citation_id=CR26
citation_journal_title=Int. J. Numer. Methods. Fluids; citation_title=Viscous flow in a mixed compression intake; citation_author=VMK Kotteda, S Mittal; citation_volume=67; citation_publication_date=2011; citation_pages=1393-1417; citation_doi=10.1002/fld.2423; citation_id=CR27
citation_journal_title=Int. J. Comput. Fluid Dyn.; citation_title=Computation of internal and external compressible flows using EDICT; citation_author=S Mittal; citation_volume=14; citation_publication_date=2001; citation_pages=225-241; citation_doi=10.1080/10618560108940726; citation_id=CR28
citation_journal_title=Comput. Methods Appl. Mech. Eng.; citation_title=A new finite element formulation for computational fluid dynamics: II. Beyond SUPG; citation_author=TJR Hughes, M Mallet, M Akira; citation_volume=54; citation_issue=3; citation_publication_date=1986; citation_pages=341-355; citation_doi=10.1016/0045-7825(86)90110-6; citation_id=CR29
citation_journal_title=J. Propul. Power; citation_title=Restricted shock separation in rocket nozzles; citation_author=M Frey, G Hagemann; citation_volume=16; citation_issue=3; citation_publication_date=2000; citation_pages=478-484; citation_doi=10.2514/2.5593; citation_id=CR30
citation_journal_title=Phys. Fluids; citation_title=Flow structure and acoustics of supersonic jets from conical convergent–divergent nozzles; citation_author=D Munday, E Gutmark, J Liu, K Kailasanath; citation_volume=23; citation_issue=11; citation_publication_date=2011; citation_pages=116102; citation_doi=10.1063/1.3657824; citation_id=CR31
citation_title=Elements of Gasdynamics; citation_publication_date=1957; citation_id=CR32; citation_author=HW Liepmann; citation_author=A Roshko; citation_publisher=Wiley
Barnhart, P.J.: NPAC-nozzle performance analysis code. NASA CR–204129 (1997)
citation_title=Modern Developments in Fluid Dynamics; citation_publication_date=1953; citation_id=CR34; citation_author=L Howarth; citation_publisher=Clarendon Press
citation_journal_title=Int. J. Numer. Methods. Fluids; citation_title=Euler flow in a supersonic mixed-compression inlet; citation_author=MK Jain, S Mittal; citation_volume=50; citation_publication_date=2006; citation_pages=1405-1423; citation_doi=10.1002/fld.1109; citation_id=CR35