Численное исследование вязких течений в гиперзвуковых соплах

• Автор: Мучная, Мария Ивановна
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1985
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 160 c. : ил

Глава I. РЕШЕНИЕ ПРЯМОЙ ЗАДАЧИ О ТЕЧЕНИИ ВЯЗКОГО ГАЗА

В СОПЛЕ С ПОМОЩЬЮ УРАВНЕНИЙ "УЗКОГО КАНАЛА"

§ I. Основные уравнения. Граничные и начальные

условия

§ 2. Разностная схема

§ 3. Определение градиента давления. Алгоритм

решения

§ 4. Анализ уравнения трубки тока. Определение

расхода

§ 5. Расчетные условия

§ 6. Результаты расчетов

Глава II. УЧЕТ КОЛЕБАТЕЛЬНОЙ НЕРАВНОВЕСНОСТИ ПРИ РАСЧЕТЕ
ТЕЧЕНИЯ ВЯЗКОГО ГАЗА В ГИПЕРЗВУК0В0М СОПЛЕ
§ I. Постановка задачи
§ 2. Обсуждение задачи
§ 3. Результаты тестовых расчетов
Глава III. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЯЗКОГО ТЕЧЕНИЯ В ГИПЕРЗВУКОВЫХ
СОПЛАХ НА ОСНОВЕ УПРОЩЕННЫХ УРАВНЕНИЙ НАЕЬЕСТОКСА
§ I. Система упрощенных уравнений Навье-Стокса.
Начальные и граничные условия
§ 2. Метод решения
§ 3. Обсуждение принятого подхода и начальных
условий
§ 4. Результаты расчетов недлинных сопел на числа
Маха меньше
§ 5. Результаты расчетов длинных конических сопел
§ 6. Результаты расчетов двух профилированных
гиперзвуковых сопел
§ 7. Некоторые параметрические расчеты длинных
гиперзвуко вых сопел
Заключение
Литература
Иллюстрации

Исследованию течений газа в соплах посвящено большое количество теоретических и экспериментальных работ. По мнению
существу самостоятельная ветвь газовой динамики - физическая газовая динамика внутренних течений”. Это обусловлено важностью научно-технических проблем, в которых используются сопла. Вцце-лим из них три основные: I) разгон потока до сверх и гиперзву-ковых скоростей в соплах аэродинамических установок, получение равномерных полей параметров течения, моделирующих полеты на большой высоте; 2) совершенствование сопел реактивных двигателей; 3) создание газодинамических и химических лазеров.
Большая часть теоретических исследований приходится на изучение задач невязкого течения, для которых развиты разнообразные аналитические и численные методы решения. Самый простой из них использует одномерную теорию, которая позволяет выявить основные закономерности движения газа в соплах. Например, таблицы [2 ] * полученные на основе одномерной теории, до сих пор повсеместно используются для обработки экспериментальных данных. Аналитически решаются и сложные вариационные задачи о построении контура сопла минимальной длины при заданной тяге, основополагающие результаты для которых получены в работах
Для численного исследования сверхзвуковых течений широко
авторов монографии
настоящее время "сформировалась по-

Результаты расчетов представлены на рис. I.ІЗ - 1.20.
Число Маха на оси сопла I, начиная с сечения
и до х/т* = НО, практически равно 6 (рис. I.I3), для сопла 2 при 120^VVs210 практически равно 8 (рис. I.I4). На рис. I.I5 изображены профили числа Маха для сопла I в трех сечениях а?А*.= 0,50,100; на рис. I.I6 - профили числа М для сопла 2 в четырех сечениях эс/г¥ = 0,50,100,200. В последних сечениях приводятся данные экспериментов [l24] . Все расчеты дают четко выраженное равномерное ядро течения, которое на выходе сопла I занимает 70% от радиуса, на выходе сопла 2 - 60% и 55% для р0 = 100 атм и р0 = 16 атм, соответственно. Результаты экспериментов дают те же размеры ядра. Насчитанная толщина вытеснения & составляет примерно 45% от толщины пограничного слоя на выходе для всех трех вариантов. Число Маха в ядре течения, полученное в расчете, больше экспериментального на 2,5% для сопла I, для сопла 2 эта разница составляет меньше 2%. Согласие с экспериментом следует считать хорошим.
На рис. I.I7 - 1.20 для этих сопел приведены профили величин и1 1/ и Т . Следует отметить, что поперечная компонента скорости 1Г в последних сечениях, где наклон стенки к оси равен нулю, становится отрицательной. Одновременно с этим градиент давления dp/dot становится положительным для сопла I при 'x/'i* >90, для сопла 2 при а?/?* > 190. Интересно, что в этом случае счет не теряет устойчивости. Если проследить за решением в плоскости знаменатель-числитель уравнения трубки тока (1.7), то обнаружится, что интегральная кривая при этом переходит из левой верхней в левую нижнюю четверть плоскости (рис. I.I6, штрихпунктир). Знаменатель уравнения (1.7) остается отрицательным, т.е. течение в интегральном