一、二维超声速混合层流动稳定性的数值分析与并行计算（论文文献综述）
徐义俊[1]（2020）在《支板喷射超燃冲压发动机燃烧流动实验和数值研究》文中研究说明超燃冲压发动机是近现代航空领域中的重要推进装置,燃烧室内部流动特性、燃烧特性等基础性研究备受关注。随着高超声技术的发展,速度和稳定性的兼容性成为超燃冲压发动机亟待解决的技术难题。并且高超声速中伴随着激波/膨胀波的干扰引发的一些列如流动分离、气动热效应、流动内阻力等问题,大大降低了发动机的性能。因此对超燃冲压发动机流动特性、混合特性和燃烧特性进行深入的研究显得尤为重要。本文选取日本航天局和法国航空航天研究院共同开展的CNR11-R36支板喷射超燃冲压发动机为研究对象,基于Fluent?商业软件对其流动特性和燃烧特性进行数值计算和分析。并基于相似原理搭建明渠流动实验台,对无燃料喷射的冷态流动模拟结果进行验证,提高数值模化结果可靠性以及可信度。在此基础分析了不同入口边界条件对激波/边界层和激波/混合层干扰过程及流动规律,随着入口气流马赫数、总温的增加,激波角减小,逆压梯度逐渐减小,流动分离现象逐渐消失;对于混合层来说,入口马赫数的增加强化了激波,同时反射激波强度也随之提高,反射激波/混合层相互作用增加了局部湍流提强化流体间的质量、动量和能量交换。最后通过改变边界条件及当量比分析了超声速燃烧特性,结果表明,支板尾缘能够形成低速回流区增强火焰稳定性,同时随着当量比的增加,局部混合气体中氧气含量降低导致燃料的燃烧效率下降,采用多步简化反应机理模拟超声速燃烧时,小分子基元反应不可忽视,虽然初始时释放热量较低,温度场分布与实验火焰分布存在一定误差,但总变化趋势一致。
方昕昕[2]（2020）在《超声速混合层高精度数值模拟及流向涡混合增强实验研究》文中进行了进一步梳理来流气体在组合循环发动机中的停留时间很短（毫秒量级）,同时由于其强压缩性,使得其与燃料的混合受到抑制,从而导致发动机的燃烧效率较低。因此,如何在较短的时间内提高发动机内部气体的掺混效果是组合循环发动机研究的关键技术之一。本文以此为研究背景,以超声速混合层为研究对象,采用理论分析、数值仿真和实验研究等方法深入地分析了混合层的发展过程和混合增强方法。通过线性稳定性分析研究了来流压缩性、粘性、速度比和密度比等因素对混合层线性稳定性的影响。结果表明,当对流马赫数小于0.6时,二维扰动波主导着混合层的发展;当对流马赫数大于0.6时,主导扰动波从二维变为三维。粘性对混合层的增长起到抑制作用。在不同来流介质或者不同温度的相同来流介质条件下,混合层上下层来流使用适当的组合能够使得其增长率获得最大值。通过大涡模拟研究了斜激波与混合层的相互作用。超声速混合层时均速度剖面中的拐点是由流场中的大尺度涡结构引起的。斜激波会使得混合层的速度梯度变大,从而诱导出“发卡”涡结构,而后很快消失。混合层的增长率随着涡结构的演化而变化。斜激波增强了湍流结构之间的能量交换,使得混合层的混合过程得到强化。斜激波作用下混合层的涡厚度在激波作用位置处减小,而后迅速增大,斜激波对提高混合层的增长率有积极的作用。研究了预先仿真法作为边界层湍流入口的可行性,并与DF入口边界层作对比。由于湍流中的大尺度涡结构发展得较慢,而小尺度涡结构可以很快在湍流入口下游发展起来,预先仿真法忽略了湍流入口中的高频小尺度涡结构而只保留了低频大尺度涡结构。预先仿真法做为湍流边界层的入口条件能够使得边界层在较短的距离内发展成为充分发展的湍流,并且与DF方法对比,更加得简单有效。此外,该方法不仅仅局限于边界层流动,对更多的复杂壁面流动,如尾迹流和平板混合层流动等均有效。通过LES研究了来流状态对超声速平板混合层的影响。层流平板混合层比湍流平板混合层中的小激波结构更多。小激波结构是由流场中的大尺度涡结构卷起引起的。湍流入口对平板混合层中的入口激波、尾缘激波和小激波结构都具有减弱作用。层流平板混合层中存在由于K-H不稳定（Kelvin-Helmholtz instability）引起的二维大尺度涡结构,同时存在着（43）涡结构和“发卡”涡结构。相比之下,湍流平板混合层中不存在二维大尺度涡结构,同时（43）涡结构和“发卡”涡结构在形成后很快破碎成小尺度涡结构。在“自相似”阶段,两种混合层的增长率几乎相同,为0.0213。平板混合层的RS12呈现双峰值分布。但是,随着混合层的发展下侧的尖峰逐渐消失,并且湍流平板混合层的下侧尖峰消失得更早。通过动力模态分解（Dynamic Mode Decomposition,DMD）分析,湍流平板混合层中的主要模态的频率比层流平板混合层的频率高。湍流平板混合层需要更多的模态才能比较准确地通过DMD重构流场。实验对比研究了矩形波瓣混合器和消波型波瓣混合器对混合层的混合增强作用和机理。波瓣混合器波峰和波谷之间的压力差使得流向涡结构出现,其中一个沿着顺时针方向运动,另外两个沿着相反的方向运动。波瓣混合器的混合增强作用主要由流向涡结构和增加的流体接触面积引起的,其中流向涡结构贡献了混合增强的80%,尤其在远场中。虽然消波型波瓣混合器比矩形波瓣混合器中流向涡结构出现得更晚,甚至在低扩张角时不出现流向涡,但是其具有与矩形波瓣混合器相同的混合增强效果。流向涡结构使得波瓣混合器后的混合层发展得更早而不是更快。在保证波瓣混合器流场未发生分离的条件下,更大的扩张角具有更好的混合增强效果。消波型波瓣混合器能够消除流场中的激波,从而减小流场的总压损失。
李佩波[3]（2019）在《超声速气流中横向喷雾的混合及燃烧过程数值模拟》文中研究表明本文以超燃冲压发动机中的液体燃料射流为研究对象,以实现超声速气流中液体燃料射流喷注、雾化、混合、蒸发及燃烧完整过程的数值模拟为基本目标,建立了两相燃烧大涡模拟方法,并对超声速气流中横向喷雾混合及燃烧过程中涉及的基本物理过程及机理进行了讨论分析。首先基于欧拉-拉格朗日框架建立起一套适用于超声速气流中两相流动的大涡模拟方法。通过基于网格控制体建立的动态数据链表实现了对液滴的高效管理以及液滴在变形网格条件下的高效追踪与定位;采用三线性插值方法及最近网格节点源项统计方法实现了气液两相双向耦合;基于区域分解及虚拟网格液滴共享进一步实现了两相流动的大规模并行计算;通过考虑液滴变形修正了液滴破碎后子液滴的位置与速度。针对超声速气流中液体横向水射流的雾化过程对上述数值模型及数值方法进行了考核验证。数值模拟结果成功再现了实验观测的射流破碎拉丝现象并揭示了其中的物理机理。对超声速气流中平板液体横向射流开展了数值模拟并分析了其三维混合过程,发现了有别于气体横向射流以及亚声速气流中液体横向射流的反转旋涡对结构。基于压力梯度力及液滴源项作用力的对比分析揭示了涡对结构形成的机理并构建了超声速气流中液体横向射流的三维流动拓扑结构。对凹腔上游液体射流的雾化混合过程开展了数值模拟并分析了射流与凹腔的相互作用以及凹腔附近液雾的分布输运特性。数值模拟成功捕获了实验中观测到的射流边界混合层中的涡结构,揭示了液滴家族的时间演化过程即液滴家族从破碎拉丝时表现的反斜杠“”类型演变为小于号“<”类型,最后呈现为正斜杠“/”类型。凹腔上游的反转旋涡对对液滴进入凹腔的卷吸行为有显着影响。射流与凹腔之间的相互作用在凹腔内部形成两个明显的诱导涡。在考虑燃料射流雾化的基础上通过采用无限热传导率蒸发模型实现了液雾场蒸发过程的数值模拟并进行了验证考核。凹腔燃烧室中液体煤油射流的数值模拟结果较好地揭示了液体射流在高总温超声速气流中的蒸发特性,明晰了凹腔附近的点火环境。液滴几乎不能在凹腔内存活,仅有少部分液滴卷吸进入上游凹腔。喷注压力通过影响近壁区中的燃料分布和总燃料质量流率来影响卷吸进入凹腔内的燃料质量。在火核的预期发展路径上,可反应的燃料质量分数和气相温度逐渐升高,湍动能逐渐降低,进而有利于火核的维持和发展。基于煤油两步反应机理及准层流反应模型实现了煤油射流雾化、蒸发及燃烧全过程的数值模拟并进行了验证考核。针对实验中两个典型燃烧工况进行了大规模计算,分析了不同燃烧模式下气相流场及液相流场的基本特征。弱燃烧模式下,液雾与火焰的相互作用较弱,火焰主要表现为预混火焰。强燃烧模式下,火焰存在较强的不稳定特性,燃料液雾的分布特性受火焰的影响较大。火焰在逆传过程中逐渐由预混火焰主导转变为预混与扩散火焰共同主导。在射流上游区域,火焰主要表现为扩散火焰;而在远下游区域,火焰主要表现为预混火焰。
杜炳鑫[4]（2019）在《流声分解方法源项分析及改进研究》文中研究说明本文针对原始流声分解法流噪声预报结果中混有不稳定伪声压力的问题,开展流声分解法源项的来源、作用和不稳定源项分解研究,提出改进的流声分解方法,研究改进方法在各类层流和湍流噪声中的适用性,开发高效的改进流声分解法计算平台。经过严格数学推导,等熵状态的流声分解法方程与未简化的Lighthill方程具有相同表达形式,相较传统Lighthill方法,流声分解法额外考虑了由流场压力时间导数和负向不可压动量通量、粘性应力所产生的单极子和四极子声源。其声学连续性方程中的压力源项S1为单极子声源,动量方程中的声学对流项和速度源项S2、扩散项和粘性源项分别与可压流动量增量、粘性应力增量所产生的四极子声源相对应。流声分解法的压力源项S1、速度源项S2均是具有明确物理含义的声学源项,不可随意忽略。基于源项分解方法的流声分解法源项作用分析表明,压力源项S1、声扰动速度散度和流速相互作用所形成的速度子源项S2.1是声学辐射源项,而由声扰动速度及其方向上流速梯度相互作用所形成的速度子源项S2.2是造成流声分解法声场压力失稳的主要源项且其声学辐射能力较差。本文研究表明,声学粘性扩散项可减小声场的不稳定压力,但多数粘性源项反而会诱发速度子源项S2.2进一步失稳。本文提出声学方程中删除不稳定源项S2.2以及诱发其失稳的粘性源项的改进流声分解法Ⅰ（m）。本文研究表明,改进后的流声分解法可有效预测层流状态的自由和壁面剪切流噪声。对于湍流噪声,改进流声分解法Ⅰ（m）可有效用于采用雷诺平均湍流模型的壁面剪切流噪声以及采用滤波N-S方程（FNSE）方法的自由剪切流噪声预报。本文提出改进流声分解法Ⅰ（m-c）,该方法通过采用速度源项控制函数,可有效抑制FNSE方法所得到的复杂壁面剪切流场对改进流声分解法Ⅰ（m）声场不稳定压力的诱发作用,适用于低马赫数下各类层流和湍流噪声的预报。为了加快声学计算速度、消除流场网格不合理分布对声学结果的影响,本文开展了流场、声场采用两套网格方法对声场预报的影响,并建立声场网格匹配原则。通过合理选择插值函数,保证重构流场变量连续变化,两套网格方法既能准确获得流场压力、速度分布所引发的流噪声源项,又能排除流场网格不合理分布对流噪声预报结果的影响。使用两套网格方法可提高计算效率且准确地完成流噪声预报。本文建立了采用两套网格方法以及基于MPI信息传递的区域分解并行计算方法,对声学对流项进行优化处理,并可联合Fluent软件的高效改进流声分解法并行计算平台。测试结果表明,高效流噪声计算平台可有效用于低马赫数下各类静止壁面和自由剪切流声场的预报。
刘朝阳[5]（2019）在《超声速气流中壁面燃料射流混合、点火及稳燃机制研究》文中提出超燃冲压发动机燃烧室是吸气式推进系统的核心部件,能够决定高超声速飞行器的总体性能。本文针对单边扩张型燃烧室工作过程中涉及的关键问题,运用高精度大涡模拟并结合先进燃烧诊断技术重点研究了超声速气流中壁面燃料射流的混合、点火和火焰稳定机制。详细介绍了曲线坐标系下针对可压缩反应流的守恒型大涡模拟控制方程,以及时间、空间导数项和反应源项的求解方法。对于超声速流动问题,采用六阶精度中心—迎风型WENO格式捕捉流场中的激波间断,并运用傅立叶分析法和无黏测试算例证明了该格式的高精度、低耗散特性。最后,基于德国宇航中心的支板燃烧算例定量验证了反应求解器的可靠性。针对马赫1.6超声速气流中的横向射流喷注实验开展大涡模拟研究,首先进行了网格无关性分析,并通过与定量实验数据对比验证了数值结果的可靠性。研究了壁面扩张效应对横向射流喷注流场的影响,发现扩张导致的来流内能向动能转化是改变其混合特性的重要因素。与平板射流喷注相比,扩张壁面喷注的射流穿透深度降低,燃料与空气的混合效率减小,同时总压损失也更多。比较了不同分子质量射流喷注流场中的激波和回流等细节,结果表明尽管射流穿透深度和混合机理差别不大,但是空气射流喷注工况中背风一侧的回流区尺度明显偏大。采用数值方法明晰了高焓超声速气流中的抬举氢气射流火焰特性及其稳燃机制。研究表明同轴射流火焰的抬举高度依赖于氢气的点火延迟时间,火焰诱导区内化学反应速率远大于扩散率,自点火过程主导的火焰基是实现稳定燃烧的内在机制,并且下游火焰区具有明显的扩散特性。针对模拟马赫8飞行条件下的横向射流燃烧工况,大涡模拟结果很好地再现了实验观测到的两种燃烧模式,即近壁燃烧和射流迎风剪切层燃烧。同时还发现虽然自点火主导的反应过程十分剧烈,但是总的释热量并不多,因此当地流场温度并未显着升高。在深入理解凹腔燃烧室混合特性的基础上,运用高精度大涡模拟研究了单边扩张型燃烧室中的乙烯射流点火问题,揭示了从点火到火焰稳定这一非稳态燃烧过程的建立机制。受凹腔回流控制,初始火核在点火后先向上游移动。随着火焰基逐渐在凹腔前缘建立,与之邻近的可燃气体不断被点燃,最终预混性质的火焰传播到整个凹腔。凹腔稳定的乙烯射流火焰具有明显的部分预混特性,下游化学反应强度相对较弱。与点火前相比,反应放热引起当地温度升高,射流尾迹被推到更深的流场区域。基于先进的燃烧诊断技术观测了单边扩张燃烧室中的氢气射流火焰分布,发现燃料喷注位置离凹腔越远,凹腔的火焰稳定能力越弱;随着当量比增加,火焰沿凹腔剪切层向前传播,化学反应区不断扩大。进而针对全局当量比0.124的实验工况,揭示了侧壁效应下凹腔稳定的射流火焰特性。结果表明扩散火焰主导了凹腔及其下游反应区,湍流脉动能促进燃料与空气的掺混,但是如果标量耗散率过大也会导致流场温度降低。最后分析了三孔并联喷注方案中射流尾迹之间的相互干扰机制,并总结了并联喷注策略相比单孔喷注的性能优势。尽管射流穿透深度有所降低,但并联方案的燃烧效率更高,而且不会带来过多的总压损失。
赵法明[6]（2019）在《高超声速空气化学非平衡流与燃气喷流混合反应流场数值模拟研究》文中指出随着人类对高速飞行的不断追求与探索,高超声速飞行器所处环境流场的真实气体效应渐趋显着,伴随冲压发动机和RCS（Reaction control system）控制系统在飞行器推进与控制系统上的广泛应用,高温空气化学非平衡效应与燃烧效应的干扰对飞行器整体性能产生了重要影响。为了探索化学反应效应影响特性,尽可能还原真实流动特征,开展空气化学非平衡流与燃烧流共存的混合化学反应流场数值模拟研究具有重要意义。本文基于热力学平衡气体假设,以多组元Navier-Stokes（N-S）方程为基础,发展了混合化学反应流场数值模拟方法,包括多组元气体热力学模型、输运模型与化学动力学模型等数学模型、空间离散格式、时间推进方法以及刚性问题的点隐式处理等,建立了考虑高温空气化学反应的氢-空气混合反应模型与乙烯-空气混合反应模型;然后选取典型喷主流干扰流、空气化学非平衡流和燃烧流流动问题对所发展的数值模拟方法和建立的混合反应模型进行验证,得到了与实验和文献数据相符的结果,证明本文发展的数值模拟方法和混合反应模型是可靠的。为考察所发展数值模拟技术对三维复杂化学反应流场的计算能力,并探索混合反应流场空气化学非平衡效应与燃烧效应的影响机理,对球头外形氢气热喷流与来流马赫数为13.5的高超声速主流干扰流场开展数值模拟研究,分别计算了三种考虑不同反应条件的化学反应流场,从流场结构和流动参数等方面讨论了两种化学反应效应的影响特点,结果表明:空气化学非平衡效应导致激波脱体距离减小,而燃烧效应引起激波外推而远离物面,在燃烧效应主导影响区,激波形状与空间位置受空气化学非平衡效应影响很小;喷流穿透深度主要取决于燃烧效应的影响,而局部区域空气化学反应的发生对燃烧反应具有促进作用,会增大喷流穿透边界范围;空气化学非平衡效应通过改变激波位置对流动结构产生影响,温度对空气化学非平衡效应的敏感性大于燃烧效应,燃烧效应导致喷口附近特征组元浓度分布发生改变。在上述研究基础上,对钝锥外形乙烯热喷流与来流马赫数为11.6的高超声速主流干扰流场开展了喷流干扰特性研究,通过改变反应条件的方法实现了可比拟的冷/热喷流计算模拟,从流动特性与气动特性两方面分析了冷/热喷流干扰特性随喷流马赫数和喷流压力的变化特点,结果表明:在喷流条件相同时,热喷流场拥有更大范围的喷流膨胀区域和穿透边界,导致喷流弓形激波向主流方向倾斜,随喷流马赫数或喷流压力增大,喷流动量增加,热喷与冷喷流膨胀作用差异增大;在本文计算条件下,喷流干扰削弱了喷流直接力作用,增强了喷流俯仰控制效果,这种直接力削弱和力矩增益作用随喷流动量增加而减小;由于激波结构改变导致波阻大幅增加,热喷干扰比冷喷情况产生了更大的阻力,同时也产生了一部分升力增量,这有利于高超声速飞行器再入阶段的增阻减速。
谢春晖[7]（2018）在《高超声速转捩模型在高精度数值算法中的应用》文中认为目前高超声速飞行器越来越受到各军事强国的重视,成为制胜空天改变战争格局的杀手锏武器。其中,湍流/转捩问题的准确预测是高超声速飞行器研制亟需突破的关键基础科学问题。本文基于γ-Reθ转捩模型进行改进以在WCNS高精度软件平台上发展出一种准确、便捷的高超声速转捩预测模型。γ-Reθ转捩模型是一种基于局部变量建立的转捩模型,本文将γ-Reθ转捩模型同SST湍流模型进行结合,构造了四方程转捩预测模型。本文研究内容主要分三部分:首先针对SST湍流模型进行研究。对比了SST湍流模型在2阶MUSCL格式和5阶WCNS格式下的表现,发现采用WCNS高精度数值算法模拟湍流/转捩问题具有如下特点:能够降低对网格量的需求,减少计算花费;对流场细微结构具有更高的分辨率。然后评估了Zeman、Wilcox、Brown、Catris等提出的SST可压缩修正方法在高超声速湍流模拟中的表现,发现它们难以在高超声速混合层和高超声速平板算例中同时表现良好。所以本文结合Brown提出的膨胀耗散修正和Catris提出的密度修正,提出一种SST-comp的可压缩修正方法,并进行了算例验证,表现较好。然后基于WCNS高精度软件平台构建了γ-Reθ转捩模型,并对γ-Reθ转捩模型进行了经验公式的标定。接着对γ-Reθ转捩模型进行了可压缩修正适用性研究,在高超声速平板、直锥和裙锥中进行了验证。最后,探索将γ-Reθ转捩模型和LST结合起来,在S&K算例中成功实现了二者的结合,降低了γ-Reθ转捩模型对经验公式的依赖,能够准确、快捷地对转捩进行预测。
王浩[8]（2018）在《基于机器学习的超声速混合层研究》文中指出本文以火箭基组合循环发动机中燃料与空气的高效掺混为工程研究背景,以机器学习方法及其与流体力学的交叉应用为理论研究背景,分别将机器学习方法用于流动参数预估,湍流张量场分析和流体系统动力学特性分析,对超声速混合层流动进行了研究。论文简要介绍了超声速混合层冷流研究进展和超声速混合增强技术研究进展,从流场参数预测与流场结构预测、流场特征提取与流动模式识别、计算流体力学以及湍流流动控制等方面,对机器学习方法尤其是新兴的以深度神经网络为基础的深度学习方法在流体力学领域的应用进行了详细综述。研究了超声速混合层增长特性,考察了超声速混合层厚度沿流向变化特点和超声速混合层增长率随速度比和密度比的变化,对超声速混合层增长率经验关系式进行了评估和讨论,并将基于深度学习的深度神经网络应用于超声速混合层增长率预估。研究结果表明,超声速混合层增长率与速度比和密度比之间存在着强烈的非线性关系;深度模型具有较好的泛化能力,能够实现不同速度比、密度比以及对流马赫数下超声速混合层增长率的准确预测,将来可以用于混合增强装置的优化设计。采用K-means聚类方法对湍流张量场进行了研究,主要考察了聚类中心随聚类数目的变化,不同聚类簇的空间分布特点以及聚类中心随时间的演化。研究结果表明,该方法能够发掘主要的湍流张量模式;不同聚类簇具有不同的分布特点,并反映了不同的流动特征;对于充分发展的超声速混合层流动,流场结构随时间不断发生变化,但主要湍流模式则基本不变。简单介绍了基于K-Means聚类方法和马尔可夫链模型的流体系统动力学特性分析方法,并采用该方法对超声速混合层流体系统进行了分析。主要研究了聚类结果均一性、状态转移特性以及流体系统遍历性;从连续的微分动力学观点对该模型进行了解释,并将该模型与本征正交分解方法进行了对比。研究结果表明,聚类结果具有良好的均一性,聚类状态随时间的变化表现出一定的随机性;超声速混合层流体系统具有较好地遍历性,其时间的统计平均与总体的平均相当;对于超声速混合层流体系统而言,K-M模型将变系数的偏微分流体动力学动力系统降阶为自治的常系数的常微分动力系统,可以将其视为一种流场降阶模型。采用本征正交分解方法对超声速混合层流场进行了研究,考察了模态能量分布、模态系数的时域特性和频域特性,以及模态空间结构,并对降阶效果进行了评估。研究结果表明,模态能量分布相对集中,对于各主要流动参数,前200阶模态所包含的能量均在90%以上。前两阶流向速度模态反映了平均流动特性,第一阶模态等值线沿两股流体交界面对称分布,第二阶模态等值线则主要分布在低速流一侧;其余流向速度模态则反映了流动的震荡特性;速度比越大,流向速度模态系数随时间变化的频率越大。横向速度模态两两相互共轭,共轭模态空间结构相近,并表现出交错特性,模态系数随时间的变化及功率谱密度分布也相近;前四阶横向速度模态空间分布相对规整,反映了流动的某些大尺度结构特征;随着模态阶数的增加,横向速度模态本征频率逐渐增加。POD方法对超声速混合层流场的降阶效果相对较好,对于各流动参数而言,低阶近似结果均能反映其空间分布特点;POD近似结果与数值计算结果相比有一定误差,在参数梯度相对较大的混合区域近似误差相对较大,随着近似阶数的增大误差逐渐降低。
杨揖心[9]（2018）在《后缘突扩型凹腔超声速流动模式与稳焰机理研究》文中提出如何在超声速气流中组织稳定高效的燃烧是研制超燃冲压发动机所面临的核心技术难题之一。传统的凹腔火焰稳定器在宽飞行马赫数及高当量比条件下呈现出诸多弊端,为此,后缘突扩这一构型优化方案被提出并使用于凹腔火焰稳定器上。本文以应用于超燃冲压发动机燃烧室中的后缘突扩型凹腔火焰稳定器为研究对象,以进一步明晰其流动模式与稳焰机理为研究目标,综合采用数值仿真、实验观测与理论建模的方法,对超声速气流中后缘突扩型凹腔的流动、混合、燃烧特性开展了研究。基于混合RANS/LES方法建立了一套适用于超声速湍流流动混合问题的高精度数值模拟方法。构造了一种具有高分辨率与强鲁棒性的非线性过滤器激波捕捉格式,并提出了一种改进的入口湍流边界层合成涡生成方法。进一步构建了超声速湍流燃烧大涡模拟的方法模型体系。在解耦求解流动与燃烧过程条件下给出了多组分混合物输运系数的简化计算方法。给出了常用气态燃料与空气反应的改进简化机理,并提出了一种基于两点求积方法的部分搅拌反应器/尺度相似的湍流化学反应相互作用封闭模型与湍流施密特数的简化计算方法。采用数值模拟方法研究了不同后缘突扩率凹腔构型下二维冷态流动特性,探讨了后缘突扩效应对于凹腔冷态流动特性的影响。研究发现,凹腔后缘突扩效应会显着地弱化凹腔附近激波强度,压缩与分裂回流区涡结构同时降低流动阻力,且这个效应随着凹腔后缘高低变化呈现非线性趋势。总结了超声速气流中后缘突扩凹腔的流动模式,并建立了一个关联凹腔内外流动物理量参数的剪切层增长率数学模型。进一步研究了凹腔上游喷注燃料的混合过程并分析了不同凹腔构型与喷注动量比条件下的混合流场差异。结果表明凹腔后缘突扩效应有助于降低沿程总压损失,但同时会削弱燃料射流的混合效率以及凹腔对燃料射流的卷吸能力。结合实验与数值模拟手段研究了后缘突扩型凹腔上游喷注燃料的燃烧特性。当全局当量比较低时,后缘突扩型凹腔中的反应释热区仍旧主要集中于凹腔周围,凹腔下游将散布诸多反应气团,并在下游近壁区形成较为稳定的尾焰释热区。计算结果表明,回流区内的局部燃烧释热与当地的湍流强度之间具有关联性。凹腔的后缘突扩构型将削弱凹腔的火焰稳定能力,过量的后缘突扩程度将可能导致凹腔彻底丧失火焰稳定能力。在后缘突扩率过大的凹腔中点火,其生成的初始火焰将可能直接被吹熄,研究发现初始火焰吹熄的本质原因是初始火焰在向上游剪切层及回流区传播的途中遭遇了上方高速气流的冲击,导致其无法在凹腔剪切层或回流区中形成火焰基底。提出了一个关于后缘突扩凹腔火焰稳定性的几何极限概念,阐释了凹腔几何构型量变引起凹腔稳焰性能质变的物理机制。进一步分析了凹腔后缘高度对凹腔稳定的火焰结构的影响。研究结果表明,较之常规非突扩凹腔,后缘突扩凹腔中的火焰整体更近贴近底壁,受到主流的压缩效应更加明显,且凹腔下游的火焰更弱。后缘突扩效应将降低燃烧效率,削弱燃烧室展向中心区域的集中释热,延缓高当量比条件下侧壁火焰的产生。通过改变凹腔构型与全局当量比发现了后缘突扩凹腔燃烧流场的三种稳燃模式。包括凹腔剪切层稳燃模式,扩张回流区/抬升剪切层稳燃模式与凹腔辅助的射流尾迹稳燃模式。三种模式下火焰基底的位置不同,所对应的稳焰机制也存在显着差异。实验研究表明,凹腔后缘突扩效应总是倾向于推迟凹腔稳燃模式由释热较弱的剪切层稳燃模式向释热较强的射流尾迹稳燃模式的转换,从而有助于防止高当量比条件下燃烧室的热壅塞。进而给出了后缘突扩型凹腔设计的初步准则。基于实验现象与数值模拟结果建立了后缘突扩型凹腔的火焰稳定边界模型。提出了一类描述超声速气流中气态喷注物的横向射流混合过程的数学模型,给出了射流中心迹线,穿透深度与燃料展向扩散的经验关系式。针对常规非突扩凹腔中的火焰稳定边界,完善了系列关键物理子过程的数学模型,将有效当量比和Damokhler数与吹熄准则联系起来建立了描述凹腔贫燃与富燃极限的数学模型。在此基础上依据后缘高度的降低修正了射流扩散模型、有效当量比计算方法、凹腔特征流动时间及其他相关子过程模型,建立了后缘突扩型凹腔贫燃火焰稳定边界的数学模型。最后,总结了凹腔后缘突扩效应对燃烧室工作性能的影响。
张林[10]（2018）在《高速湍流燃烧LES-TPDF方法及其应用研究》文中指出本文以高速特别是超声速湍流燃烧条件下的拉格朗日粒子PDF方法为研究对象,采用理论分析、数学建模、数值试验和算例验证作为主要研究手段,探讨拉格朗日粒子PDF方法与有限差分LES相结合并应用于高速反应流时一系列基本问题,诸如基本假设、数学模型、数值实现、计算精度等,从而形成一套完整的方法及其鲁棒的数值实现。系统推导并分析了高速流粒子PDF方法在与LES耦合中存在的问题:结合粒子系统的相关概念,进一步证明了粒子速度插值的保散度特性对于LES-PDF方法的标量一致性尤为重要;提出了改善LES-PDF耦合一致性的几点基本原则;进一步阐明了高速源项条件滤波的建模和数值计算直接影响LES-PDF的能量一致性;对高速源项条件滤波进行了数学分析,并结合上述基本原则,提出了高速源项条件滤波的新模型,即采用蒙特卡洛粒子质量密度来模化PDF条件滤波密度;结合算例对新模型进行了验证,结果表明,新模型相比原模型不仅可以明显改善LES-PDF能量一致性,还能使得粒子速度修正更加有效。数值测试表明上文方法在复杂的超声速流中效果欠佳,特别是激波间断附近PDF的能量误差明显增加,同时揭示了该误差源于高速源项的可解部分的数值计算;参考双曲系统守恒律,给出了“守恒型”表达式的定义,分析认为能量误差主要源于高速源项表现为非守恒型,与基于双曲守恒律建立的有限差分格式无法相容;结合上述分析,建立了适用于高速流的PDF方法中能量变量的选择依据,提出了采用非化学总焓作为PDF的能量变量,此时高速源项为严格的守恒型;建立了非化学总焓-组分PDF输运方程和相应的拉格朗日粒子求解模型;结合数值算例对该方法进行了测试,结果显示新方法可以进一步改善LES-PDF在超声速流中的能量一致性;此外,采用非化学总焓作为PDF能量变量时,其相应的条件亚格子高速源项也远小于采用显焓作为PDF能量变量时的相应项,从而改善亚格子内的能量精度。进一步建立了更加全面的标量-压力PDF方法:建立了基于热完全气体假设的标量-压力PDF输运方程及其相应的求解模型;进行了相关数值测试,发现了该方法所得的PDF压力在接触间断附近存在很强的数值振荡;研究发现该振荡的原因在于参考的压力输运方程为非守恒形式,同样与有限差分求解器不相容;基于以上分析建立了标量-脉动压力PDF方法,采用LES求解平均/滤波压力,而PDF求解脉动压力,并建立了相应的粒子求解模型;结合数值算例对建立的标量-脉动压力PDF方法进行了验证。深入分析了LES-PDF方法中的密度一致性问题,其关键在于粒子速度插值方法和速度修正格式;分析提出了超声速流中的粒子速度插值格式应该兼具保散度和迎风性的特点;提出了一种改善的速度修正方法,该方法没有需要进行先验测试和调整的模型常数;提出了若干光滑算子以改善速度修正格式,最终优化的速度修正格式在具备广泛通用性的同时仍可以取得良好的效果。详细探讨了本文建立的PDF方法在带反应的氢气/空气超声速时间混合层中的应用。分别采用DNS、基于有限反应速率的LES和LES-PDF模拟了氢气/空气反应流,分析了燃烧流场结构,通过统计参数的对比,展现了本文建立的LES-PDF方法用于超声速湍流燃烧时的优势。
二、二维超声速混合层流动稳定性的数值分析与并行计算（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、二维超声速混合层流动稳定性的数值分析与并行计算（论文提纲范文）
（1）支板喷射超燃冲压发动机燃烧流动实验和数值研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 超燃冲压发动机国内外研究进展 |
| 1.2.1 国外超燃冲压发动机研究进展 |
| 1.2.2 国内超燃冲压发动机的研究进展 |
| 1.3 本文主要研究内容 |
| 1.4 本章小结 |
| 第2章 数值模拟方法及与物理模型 |
| 2.1 基本控制方程 |
| 2.1.1 连续性方程 |
| 2.1.2 能量方程 |
| 2.1.3 动量方程 |
| 2.1.4 组分守恒方程 |
| 2.1.5 控制方程的通用形式 |
| 2.2 湍流模型 |
| 2.2.1 湍流控制方程的平均处理 |
| 2.2.2 湍流模型选择 |
| 2.2.3 湍流粘性参数a1修正 |
| 2.2.4 近壁面函数 |
| 2.3 化学反应有限速率模型 |
| 2.3.1 Laminar Finite-Rate模型 |
| 2.3.2 Finite-Rate/Eddy-Dissipation模型 |
| 2.3.3 Eddy-dissipation模型 |
| 2.3.4 Eddy-Dissipation Concept(EDC)模型 |
| 2.4 壁面Y~+分布 |
| 2.5 高超声速激波-膨胀波关系 |
| 2.5.1 激波 |
| 2.5.2 膨胀波 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 相似理论基础 |
| 3.1 相似理论基础概念 |
| 3.1.1 几何相似 |
| 3.1.2 运动相似 |
| 3.1.3 动力相似 |
| 3.1.4 初始条件与边界条件相似 |
| 3.2 相似准则 |
| 3.3 相似原理的应用 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 支板喷射超燃燃烧室的设计 |
| 4.1 支板喷射超燃冲压发动机整体参数 |
| 4.2 数值方法 |
| 4.3 网格划分 |
| 4.4 网格无关性分析 |
| 4.5 计算边界条件 |
| 4.6 流场结构和实验验证 |
| 4.6.1 模型实验台 |
| 4.6.2 流场波系结构验证 |
| 4.7 本章小结 |
| 第5章 支板喷射超燃燃烧室激波/边界层干扰分析 |
| 5.1 激波/边界层干扰过程分析 |
| 5.1.1 激波/边界层干扰过程 |
| 5.1.2 激波/边界层干扰诱导流动分离 |
| 5.2 边界条件对流动分离影响 |
| 5.3 激波/边界层干扰下速度和温度分布 |
| 5.4 总压损失分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 激波/超声速混合层相互作用的数值模拟 |
| 6.1 超然燃烧室波系结构 |
| 6.2 展向涡结构分析 |
| 6.3 超声速混合层生长特性 |
| 6.4 本章小结 |
| 第7章 超然燃烧室燃烧流动特性研究 |
| 7.1 燃烧性能参数 |
| 7.2 超声速燃烧流场分析 |
| 7.3 边界条件对燃烧特性影响 |
| 7.4 当量比对燃烧特性影响 |
| 7.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士期间发表(含录用)的学术论文 |
（2）超声速混合层高精度数值模拟及流向涡混合增强实验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 超声速混合层研究现状 |
| 1.2.2 混合层增长率 |
| 1.2.3 混合层混合增强技术 |
| 1.2.4 激波/混合层相互作用 |
| 1.2.5 高精度数值模拟入口湍流生成技术 |
| 1.3 本文研究内容及章节安排 |
| 第二章 实验装置及数值仿真方法 |
| 2.1 实验装置及测量系统 |
| 2.1.1 实验装置 |
| 2.1.2 流场测量系统 |
| 2.2 数值仿真控制方程 |
| 2.2.1 可压缩流动控制方程 |
| 2.2.2 大涡模拟基本思想和控制方程 |
| 2.3 数值方法 |
| 2.3.1 时空离散方法 |
| 2.3.2 边界条件处理 |
| 2.4 湍流中的涡结构识别 |
| 2.4.1 涡结构识别的Q准则 |
| 2.4.2 涡结构识别的λ_2准则 |
| 2.5 小结 |
| 第三章 可压缩自由来流混合层线性稳定性分析 |
| 3.1 扰动及线性化扰动方程 |
| 3.1.1 扰动及扰动方程 |
| 3.1.2 扰动方程线性化 |
| 3.2 求解线性化扰动方程 |
| 3.2.1 常微分形式的OSE |
| 3.2.2 求解特征矩阵的特征值 |
| 3.2.3 Chebyshev伪谱法 |
| 3.2.4 坐标离散及映射 |
| 3.3 自由来流混合层线性稳定性分析结果验证 |
| 3.3.1 入口参数 |
| 3.3.2 离散点数的影响 |
| 3.3.3 计算域范围的影响 |
| 3.3.4 网格加密系数的影响 |
| 3.4 来流参数对自由来流混合层稳定性的影响 |
| 3.4.1 来流压缩性的影响 |
| 3.4.2 来流粘性的影响 |
| 3.4.3 来流速度比的影响 |
| 3.4.4 来流密度比的影响 |
| 3.5 小结 |
| 第四章 斜激波/超声速混合层相互作用流场特性 |
| 4.1 数值仿真设置 |
| 4.1.1 入口条件及其线性稳定性分析 |
| 4.1.2 入口扰动 |
| 4.1.3 计算域及网格分布 |
| 4.1.4 网格敏感性分析 |
| 4.2 超声速混合层涡结构发展过程及其速度分布 |
| 4.2.1 超声速混合层中的激波结构 |
| 4.2.2 超声速混合层涡结构发展过程 |
| 4.2.3 超声速混合层瞬时和时均速度分析 |
| 4.2.4 超声速混合层两点相关性分析 |
| 4.3 斜激波对超声速混合层增长特性及涡结构发展的影响 |
| 4.3.1 斜激波对超声速混合层增长率的影响 |
| 4.3.2 激波混合层中的涡结构 |
| 4.3.3 超声速混合层中激波和涡结构相互作用 |
| 4.4 斜激波对超声速混合层湍流强度影响分析 |
| 4.5 斜激波对超声速混合层中湍流输运的影响 |
| 4.5.1 雷诺应力及湍动能输运方程 |
| 4.5.2 斜激波对超声速混合层湍动能分布的影响 |
| 4.5.3 斜激波对超声速混合层湍动能输运的影响 |
| 4.6 小结 |
| 第五章 超声速边界层高精度数值模拟湍流入口 |
| 5.1 入口时均理论剖面及湍流生成方法 |
| 5.1.1 DF湍流生成方法 |
| 5.1.2 可压缩湍流边界层理论参数估计 |
| 5.2 数值仿真设置 |
| 5.2.1 入口来流条件 |
| 5.2.2 计算域及网格划分 |
| 5.2.3 “入口库”的生成及边界条件 |
| 5.3 超声速边界层统计特性分析 |
| 5.4 超声速边界层瞬时流场结构 |
| 5.5 超声速边界层流场频谱分析 |
| 5.6 小结 |
| 第六章 入口来流状态对超声速平板混合层的影响 |
| 6.1 数值仿真设置 |
| 6.1.1 来流参数 |
| 6.1.2 计算域及网格分布 |
| 6.1.3 入口参数线性稳定性分析 |
| 6.2 超声速湍流平板混合层入口湍流生成 |
| 6.2.1 湍流入口添加方法 |
| 6.2.2 湍流边界层数值仿真设置 |
| 6.2.3 湍流边界层结果分析 |
| 6.3 超声速平板混合层激波结构分析 |
| 6.3.1 层流平板混合层激波结构 |
| 6.3.2 湍流平板混合层激波结构 |
| 6.4 超声速平板混合层涡结构发展过程分析 |
| 6.4.1 层流平板混合层涡结构发展过程 |
| 6.4.2 湍流平板混合层涡结构发展过程 |
| 6.5 超声速平板混合层频谱分析 |
| 6.5.1 层流平板混合层频谱分析 |
| 6.5.2 湍流平板混合层频谱分析 |
| 6.6 超声速平板混合层时均流场分析 |
| 6.6.1 层流平板混合层时均流场 |
| 6.6.2 湍流平板混合层时均流场 |
| 6.6.3 平板混合层增长率 |
| 6.7 超声速平板混合层湍流统计特性分析 |
| 6.7.1 层流平板混合层湍流统计特性分析 |
| 6.7.2 湍流平板混合层湍流统计特性分析 |
| 6.8 超声速平板混合层DMD分析 |
| 6.8.1 DMD分析基本思想和过程 |
| 6.8.2 层流平板混合层DMD分析 |
| 6.8.3 湍流平板混合层DMD分析 |
| 6.9 小结 |
| 第七章 波瓣混合器混合增强特性实验 |
| 7.1 波瓣混合器结构 |
| 7.1.1 矩形波瓣混合器设计及结构参数 |
| 7.1.2 消波型波瓣混合器设计及结构参数 |
| 7.2 波瓣混合器实验来流参数 |
| 7.3 矩形波瓣混合器流场分析 |
| 7.3.1 矩形波瓣混合器混合增强作用 |
| 7.3.2 矩形波瓣混合器流场结构 |
| 7.4 消波型波瓣混合器流场分析 |
| 7.4.1 消波型波瓣混合器混合增强作用 |
| 7.4.2 消波型波瓣混合器流场结构 |
| 7.5 小结 |
| 第八章 结论与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者在学期间取得的学术成果 |
| 附录A 扰动方程非线性项 |
（3）超声速气流中横向喷雾的混合及燃烧过程数值模拟（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 超声速气流中液体横向射流相关研究 |
| 1.2.1 液体横向射流的实验研究 |
| 1.2.2 液体横向射流的数值研究 |
| 1.3 凹腔燃烧室中燃料喷雾混合燃烧相关研究 |
| 1.3.1 燃料喷雾混合特性的研究 |
| 1.3.2 燃料喷雾燃烧过程的研究 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 第二章 超声速气流中两相流动大涡模拟方法 |
| 2.1 可压缩气相控制方程及其数值方法 |
| 2.1.1 可压缩气相控制方程 |
| 2.1.2 滤波后的气相大涡模拟方程 |
| 2.1.3 气相数值计算方法 |
| 2.2 液滴相控制方程及其数值方法 |
| 2.2.1 液滴相控制方程 |
| 2.2.2 液滴相数值计算方法 |
| 2.2.3 液滴相数据的动态管理 |
| 2.3 气液之间双向耦合数值方法 |
| 2.3.1 液滴在变形网格下的高效定位 |
| 2.3.2 气相对液滴相的作用 |
| 2.3.3 液滴相给气相的源项作用 |
| 2.4 小结 |
| 第三章 超声速气流中液体横向射流破碎过程研究 |
| 3.1 破碎模型理论及验证 |
| 3.1.1 KH/RT/TAB混合破碎模型 |
| 3.1.2 计算模型及验证 |
| 3.2 射流破碎拉丝过程的机理分析 |
| 3.2.1 实验观测结果 |
| 3.2.2 拉丝过程的条件分析 |
| 3.2.3 拉丝过程的机理分析 |
| 3.3 小结 |
| 第四章 燃烧室中液体射流的三维流动结构及混合机理 |
| 4.1 平板横向射流的三维流动结构 |
| 4.1.1 计算模型及验证 |
| 4.1.2 气相流动特性及受力分析 |
| 4.1.3 液相输运特性及受力分析 |
| 4.1.4 三维流动结构的讨论 |
| 4.2 液体射流在凹腔燃烧室中的混合过程 |
| 4.2.1 数值模拟与实验的对比 |
| 4.2.2 喷雾流场瞬态演化过程 |
| 4.2.3 液雾分布及输运特性 |
| 4.3 小结 |
| 第五章 凹腔燃烧室中燃料喷雾蒸发过程研究 |
| 5.1 液滴蒸发模型的理论及验证 |
| 5.1.1 蒸发模型介绍 |
| 5.1.2 单液滴蒸发验证 |
| 5.2 高总温来流条件下液滴蒸发过程及验证 |
| 5.2.1 不同来流条件下单液滴蒸发过程 |
| 5.2.2 平板上液体煤油射流的蒸发验证 |
| 5.3 液体煤油射流蒸发及混合过程研究 |
| 5.3.1 计算模型 |
| 5.3.2 流场瞬态演化过程 |
| 5.3.3 液雾分布及蒸发特性 |
| 5.3.4 凹腔附近点火环境分析 |
| 5.4 小结 |
| 第六章 凹腔燃烧室中燃料喷雾燃烧特性研究 |
| 6.1 两相燃烧计算方法 |
| 6.1.1 化学反应源项计算方法 |
| 6.1.2 煤油反应机理 |
| 6.2 煤油射流燃烧的初步验证分析 |
| 6.2.1 仿真计算条件 |
| 6.2.2 实验结果验证 |
| 6.2.3 燃烧流场基本特征 |
| 6.3 喷雾燃烧流场火焰准稳定特性分析 |
| 6.3.1 计算模型及网格 |
| 6.3.2 喷雾燃烧流场瞬时特性 |
| 6.3.3 喷雾燃烧流场统计特性 |
| 6.3.4 喷雾燃烧流场的火焰模式 |
| 6.4 小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 主要研究工作与结论 |
| 7.2 论文创新点 |
| 7.3 论文不足及未来工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者在学期间取得的学术成果 |
（4）流声分解方法源项分析及改进研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 变量声明表 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 计算流体动力声学方法的国内外研究现状 |
| 1.2.1 直接模拟方法 |
| 1.2.2 Lighthill声类比系列方法 |
| 1.2.3 变量分解方法 |
| 1.2.4 多步混合方法 |
| 1.3 研究目的 |
| 1.4 主要研究内容 |
| 第2章 流声分解法及其声学不稳定研究 |
| 2.1 概述 |
| 2.2 流声分解法控制方程 |
| 2.2.1 Hardin和Pope方程 |
| 2.2.2 Slimon方程 |
| 2.2.3 Shen WenZhong方程 |
| 2.3 流声分解法数值离散 |
| 2.4 松弛化的声学SIMPLE算法 |
| 2.4.1 声学动量预测 |
| 2.4.2 声学压力修正 |
| 2.4.3 声学动量修正 |
| 2.5 声学边界条件 |
| 2.5.1 声学固壁边界 |
| 2.5.2 声学无反射边界 |
| 2.6 流声分解法求解步骤及程序实现 |
| 2.6.1 求解步骤 |
| 2.6.2 程序实现 |
| 2.7 流声分解法声学不稳定现象研究 |
| 2.7.1 单圆柱绕流噪声 |
| 2.7.2 时间发展混合层流噪声 |
| 2.8 本章小结 |
| 第3章 流声分解法源项的来源及作用分析 |
| 3.1 概述 |
| 3.2 流声分解法与LIGHTHILL声类比方法相关性研究 |
| 3.3 源项分解方法 |
| 3.3.1 源项分解法研究背景、基本假设和控制方程 |
| 3.3.2 源项分解方法的数值实现 |
| 3.4 基于源项分解法的流声分解法源项作用研究 |
| 3.4.1 壁面剪切流噪声中的流声分解法源项作用研究 |
| 3.4.2 自由剪切流噪声中的流声分解法源项作用研究 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 流声分解法改进研究 |
| 4.1 概述 |
| 4.2 不稳定源项S2分解研究 |
| 4.2.1 不稳定源项S2的分解 |
| 4.2.2 壁面剪切流噪声中源项S2分解研究 |
| 4.2.3 自由剪切流噪声中源项S2分解研究 |
| 4.3 改进流声分解法Ⅰ |
| 4.3.1 消除不稳定源项S2.2的改进流声分解法Ⅰ |
| 4.3.2 改进流声分解法Ⅰ在壁面剪切流噪声中的测试 |
| 4.3.3 改进流声分解法Ⅰ在自由剪切流噪声中的测试 |
| 4.4 改进流声分解法Ⅱ |
| 4.4.1 考虑源项S2.2声学辐射能力的改进流声分解法Ⅱ |
| 4.4.2 改进流声分解法Ⅱ在壁面剪切流噪声中的测试 |
| 4.4.3 改进流声分解法Ⅱ在自由剪切流噪声中的测试 |
| 4.5 粘性源项和扩散项作用分析 |
| 4.5.1 粘性扩散项和粘性源项对流声分解法作用分析 |
| 4.5.2 各粘性源项对流声分解法作用分析 |
| 4.5.3 只含粘性源项S7的改进流声分解法Ⅰ(m) |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 适用于湍流噪声的流声分解法改进研究 |
| 5.1 概述 |
| 5.2 含有湍流粘性源项的流声分解法控制方程推导 |
| 5.3 改进流声分解法Ⅰ(M)在高雷诺数壁面剪切流噪声中的适用性研究 |
| 5.3.1 基于URANS以及FNSE湍流方法的圆柱绕流流场分析 |
| 5.3.2 URANS形圆柱绕流流场对改进流声分解法Ⅰ(m)影响研究 |
| 5.3.3 FNSE形圆柱绕流流场对改进流声分解法Ⅰ(m)影响研究 |
| 5.4 改进流声分解法Ⅰ(M)在高雷诺数自由剪切流噪声中的适用性研究 |
| 5.4.1 空间发展混合层计算设置及流场分析 |
| 5.4.2 FNSE形混合层流场对改进流声分解法Ⅰ(m)影响研究 |
| 5.4.3 URANS形混合层流场对改进流声分解法Ⅰ(m)影响研究 |
| 5.5 适用于高雷诺数复杂流噪声分析的流声分解法改进研究 |
| 5.5.1 源项S_(2.1)不稳定性抑制方法研究 |
| 5.5.2 基于人工粘性控制方法的改进流声分解法Ⅰ(m-ar) |
| 5.5.3 引入速度源项控制函数的改进流声分解法Ⅰ(m-c) |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 高性能改进流声分解法计算平台的搭建 |
| 6.1 概述 |
| 6.2 流场、声场计算采用不同网格方法对声学预报的影响研究 |
| 6.2.1 采用两套网格方法的改进流声分解法计算程序开发 |
| 6.2.2 两套网格方法加速性能研究 |
| 6.2.3 疏密网格对改进流声分解法声场影响研究 |
| 6.2.4 不同插值方法对改进流声分解法声场影响研究 |
| 6.3 改进流声分解法计算程序并行加速研究 |
| 6.3.1 改进流声分解法并行化计算程序的开发 |
| 6.3.2 并行化改进流声分解法加速性能研究 |
| 6.4 改进流声分解法计算程序的性能优化研究 |
| 6.5 联合FLUENT和GTEA的改进流声分解法计算平台 |
| 6.5.1 基于两步法的Fluent和GTEA联合流噪声预报平台 |
| 6.5.2 Fluent的.cas网格文件读入和处理子程序 |
| 6.5.3 Fluent的.dat二进制结果文件读取子程序 |
| 6.6 算例测试 |
| 6.6.1 并列双圆柱绕流噪声 |
| 6.6.2 三维圆柱绕流噪声 |
| 6.6.3 自由场方腔绕流噪声 |
| 6.6.4 管路孔穴绕流噪声 |
| 6.7 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果 |
| 致谢 |
| 附录 |
（5）超声速气流中壁面燃料射流混合、点火及稳燃机制研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 超声速气流中气体横向射流混合研究进展 |
| 1.2.1 平板横向喷注射流的混合机理 |
| 1.2.2 射流混合增强方案 |
| 1.2.3 超声速燃烧室内的混合特性 |
| 1.3 超声速湍流射流燃烧研究进展 |
| 1.3.1 高焓超声速气流中湍流射流火焰 |
| 1.3.2 超声速燃烧室中的火焰稳定 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 第二章 超声速反应流的高精度大涡模拟方法 |
| 2.1 可压缩反应流大涡模拟控制方程 |
| 2.1.1 可压缩反应流控制方程 |
| 2.1.2 滤波后的大涡模拟控制方程 |
| 2.1.3 曲线坐标系下大涡模拟控制方程 |
| 2.2 数值计算方法 |
| 2.2.1 时间导数项 |
| 2.2.2 空间导数项 |
| 2.2.3 化学反应源项 |
| 2.2.4 边界条件设置 |
| 2.3 数值方法验证 |
| 2.3.1 实验工况及验证 |
| 2.3.2 流动特性分析 |
| 2.3.3 湍流抬举火焰 |
| 2.4 小结 |
| 第三章 超声速湍流来流中横向射流混合机理研究 |
| 3.1 超声速来流中平板射流混合特性 |
| 3.1.1 计算模型 |
| 3.1.2 结果验证 |
| 3.1.3 混合特性分析 |
| 3.2 沿扩张壁面垂直喷注射流的混合机理研究 |
| 3.2.1 对比工况设计 |
| 3.2.2 流场结构显示 |
| 3.2.3 壁面扩张效应分析 |
| 3.3 燃料分子质量对射流混合的影响机制 |
| 3.3.1 瞬态流场显示 |
| 3.3.2 时均结构对比 |
| 3.3.3 统计特性分析 |
| 3.4 小结 |
| 第四章 高焓超声速气流中氢气射流燃烧机制 |
| 4.1 超声速气流中氢气抬举射流火焰特性 |
| 4.1.1 同轴射流燃烧模型 |
| 4.1.2 抬举射流火焰特性 |
| 4.1.3 火焰基稳定机制 |
| 4.2 超声速气流中横向射流喷注的反应流场结构研究 |
| 4.2.1 计算模型 |
| 4.2.2 时均流场结构 |
| 4.2.3 瞬态特性分析 |
| 4.3 超声速气流中横向射流燃烧稳定机制 |
| 4.3.1 燃烧模式 |
| 4.3.2 自点火效应 |
| 4.4 小结 |
| 第五章 凹腔燃烧室中燃料混合与点火过程研究 |
| 5.1 凹腔燃烧室内混合机制分析 |
| 5.1.1 工况介绍及网格划分 |
| 5.1.2 燃烧室流场结构显示 |
| 5.1.3 混合特性分析 |
| 5.2 单边扩张型燃烧室流动特性实验观测 |
| 5.2.1 实验系统介绍 |
| 5.2.2 实验方案设计 |
| 5.2.3 喷注方案对无反应流场的影响 |
| 5.3 单边扩张燃烧室内的乙烯点火过程研究 |
| 5.3.1 计算模型 |
| 5.3.2 乙烯点火过程研究 |
| 5.3.3 凹腔稳定的火焰特性 |
| 5.4 小结 |
| 第六章 凹腔稳定的湍流射流火焰特性研究 |
| 6.1 单边扩张燃烧室中火焰形态实验观测 |
| 6.1.1 实验方案设计 |
| 6.1.2 喷注位置对火焰稳定的影响 |
| 6.1.3 当量比对火焰分布的影响 |
| 6.2 凹腔稳定的氢气射流火焰特性 |
| 6.2.1 计算模型 |
| 6.2.2 反应流动特性 |
| 6.2.3 火焰特性分析 |
| 6.3 多孔并联喷注方案燃烧特性分析 |
| 6.3.1 计算模型及网格 |
| 6.3.2 反应流场特性分析 |
| 6.3.3 并联喷注方案性能评估 |
| 6.4 小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 主要结论 |
| 7.2 论文创新点 |
| 7.3 工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者在学期间取得的学术成果 |
（6）高超声速空气化学非平衡流与燃气喷流混合反应流场数值模拟研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 高超声速化学反应流场研究概述 |
| 1.2.2 喷主流干扰流场研究概述 |
| 1.3 本文主要工作与创新点 |
| 1.3.1 本文主要工作 |
| 1.3.2 创新点 |
| 第二章 内外流混合反应流场数值模拟方法 |
| 2.1 物理流动分析 |
| 2.2 数值计算模型 |
| 2.2.1 流动控制方程 |
| 2.2.2 热力学模型 |
| 2.2.3 输运模型 |
| 2.2.4 化学动力学模型 |
| 2.3 混合反应模型建模与分析 |
| 2.3.1 组元热力学参数 |
| 2.3.2 内外流混合反应模型 |
| 2.4 数值离散方法 |
| 2.4.1 空间离散 |
| 2.4.2 时间离散 |
| 2.5 湍流模型 |
| 2.5.1 Spalart-Allmaras一方程模型 |
| 2.5.2 Shear-Stress Transport k-ω两方程模型 |
| 2.5.3 SST k-ω模型可压缩修正 |
| 2.6 边界条件 |
| 2.6.1 远场边界条件 |
| 2.6.2 物面边界条件 |
| 2.6.3 对称边界条件 |
| 2.6.4 喷流边界条件 |
| 2.7 算例验证与分析 |
| 2.7.1 喷主流干扰流场 |
| 2.7.2 空气化学非平衡流场 |
| 2.7.3 燃烧流场 |
| 2.8 本章小结 |
| 第三章 球头混合反应流场化学反应效应影响特性分析 |
| 3.1 计算模型与条件 |
| 3.2 网格无关性分析 |
| 3.3 流场结构影响特性 |
| 3.3.1 流动结构 |
| 3.3.2 激波结构 |
| 3.3.3 喷流穿透深度 |
| 3.4 流动参数变化特点 |
| 3.4.1 物面压力与温度 |
| 3.4.2 流场温度与组元浓度 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 钝锥混合反应流场喷流干扰特性研究 |
| 4.1 计算模型与条件 |
| 4.2 喷流速度影响特性 |
| 4.2.1 流场结构 |
| 4.2.2 物面压力分布 |
| 4.2.3 气动特性与放大因子 |
| 4.3 喷流压力影响特性 |
| 4.3.1 流场结构 |
| 4.3.2 物面压力分布 |
| 4.3.3 气动特性与放大因子 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 全文总结 |
| 5.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在学期间的研究成果及发表的学术论文 |
| 附录 化学反应模型与反应速率计算常数 |
（7）高超声速转捩模型在高精度数值算法中的应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.1.1 选题依据 |
| 1.1.2 研究意义 |
| 1.2 转捩预测模型研究现状 |
| 1.2.1 基于RANS框架的转捩预测方法的发展现状 |
| 1.2.2 线性稳定性理论(LST)的发展现状 |
| 1.3 WCNS高精度数值方法的研究现状 |
| 1.4 本文主要内容及结构 |
| 第二章 控制方程和数值方法 |
| 2.1 控制方程 |
| 2.1.1 笛卡尔坐标系下非定常N-S方程 |
| 2.1.2 曲线坐标系下无量纲的非定常N-S方程 |
| 2.1.3 网格导数对称守恒方法简介 |
| 2.2 数值方法 |
| 2.2.1 空间离散格式 |
| 2.2.2 时间离散格式 |
| 第三章 湍流模型研究 |
| 3.1 原始SST湍流模型 |
| 3.1.1 SST湍流模型 |
| 3.1.2 SST湍流模型的低速算例验证 |
| 3.1.3 SST湍流模型在高精度算法中和二阶格式中的对比分析 |
| 3.2 SST湍流模型的可压缩修正方法对比研究 |
| 3.2.1 可压缩修正方法 |
| 3.2.2 算例验证 |
| 3.3 改进的SST湍流模型的可压缩性修正 |
| 3.3.1 改进的可压缩修正方法 |
| 3.3.2 数值模拟结果 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 γ-Re_θ转捩模型及其高超声速修正 |
| 4.1 γ-Re_θ转捩模型方程 |
| 4.1.1 原始方程 |
| 4.1.2 方程无量纲化 |
| 4.1.3 曲线坐标系下的模型方程 |
| 4.1.4 间歇因子修正 |
| 4.1.5 γ-Re_θ转捩模型与SST湍流模型的结合 |
| 4.2 γ-Re_θ转捩模型在WCNS高精度软件平台上的标定 |
| 4.2.1 算例说明 |
| 4.2.2 标定过程 |
| 4.3 γ-Re_θ转捩模型的高超声速修正 |
| 4.3.1 γ-Re_θ转捩模型的修正 |
| 4.3.2 高超声速平板 |
| 4.3.3 高超声速尖锥 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 γ-Re_θ转捩模型与LST方法的结合 |
| 5.1 LST方法及应用 |
| 5.1.1 线性稳定性理论 |
| 5.1.2 验证算例 |
| 5.2 γ-Re_θ转捩模型与eN方法的结合 |
| 5.3 本章小结 |
| 结束语 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者在学期间取得的学术成果 |
（8）基于机器学习的超声速混合层研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 超声速混合层研究进展 |
| 1.2.1 超声速混合层研究进展 |
| 1.2.2 超声速混合增强研究进展 |
| 1.3 机器学习在流体力学中的应用 |
| 1.3.1 机器学习在流场参数预测与流场结构预测方面的应用 |
| 1.3.2 机器学习在流场特征提取与流动模式识别方面的应用 |
| 1.3.3 机器学习在计算流体力学方面的应用 |
| 1.3.4 机器学习在流动控制方面的应用 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 第二章 数值方法与神经网络简介 |
| 2.1 大涡模拟方法 |
| 2.1.1 基本控制方程 |
| 2.1.2 滤波方程 |
| 2.1.3 亚格子模型 |
| 2.1.4 数值方法与网格划分 |
| 2.2 超声速混合层模拟数值方法验证 |
| 2.3 神经网络简介 |
| 2.3.1 感知器与人工神经元 |
| 2.3.2 人工神经网络 |
| 2.3.3 深度神经网络 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 超声速混合层增长特性研究 |
| 3.1 超声速混合层计算模型 |
| 3.1.1 计算模型 |
| 3.1.2 网格无关性验证 |
| 3.2 混合机制及混合层增长特性的参数化描述 |
| 3.2.1 混合尺度与混合机制 |
| 3.2.2 混合层增长特性的参数化描述 |
| 3.3 超声速混合层增长特性 |
| 3.4 基于深度学习的超声速混合层增长率预测模型 |
| 3.4.1 超声速混合层增长率经验关系式 |
| 3.4.2 数据预处理 |
| 3.4.3 处理方法 |
| 3.4.4 评估指标 |
| 3.4.5 结果分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 超声速混合层湍流张量场及动力学特性研究 |
| 4.1 K-Means聚类方法 |
| 4.2 基于K-Means聚类的湍流张量场研究 |
| 4.2.1 聚类数目与聚类中心 |
| 4.2.2 聚类结果空间分布 |
| 4.2.3 聚类结果的时间演化 |
| 4.3 基于K-M模型的流体系统动力学特性研究方法 |
| 4.3.1 马尔可夫链及其遍历性 |
| 4.3.2 基于K-M模型的流体系统动力学特性分析方法 |
| 4.4 基于K-M模型的超声速混合层流体系统动力学特性研究 |
| 4.4.1 聚类结果均一性分析 |
| 4.4.2 状态转移特性分析 |
| 4.4.3 流体系统遍历性分析 |
| 4.4.4 K-M模型的连续观点解释 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 基于POD方法的超声速混合层时空演化分析 |
| 5.1 POD方法 |
| 5.2 模态能量分布 |
| 5.3 模态系数时间演化特性及频域特性分析 |
| 5.3.1 模态系数时间演化特性 |
| 5.3.2 模态系数频域特性 |
| 5.4 模态空间结构 |
| 5.5 降阶效果评估 |
| 5.6 本章小结 |
| 结束语 |
| 本文主要结论 |
| 本文创新点 |
| 今后工作的展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者在学期间取得的学术成果 |
（9）后缘突扩型凹腔超声速流动模式与稳焰机理研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 超声速燃烧凹腔火焰稳定器研究进展 |
| 1.2.1 常规凹腔超声速流动与混合特性研究 |
| 1.2.2 超声速气流中凹腔燃烧特性与稳焰机理 |
| 1.3 凹腔构型的优化与后缘突扩型凹腔研究 |
| 1.3.1 凹腔几何构型对流场结构及燃烧特性的影响 |
| 1.3.2 后缘突扩型凹腔中的流动、混合、点火及火焰稳定过程研究 |
| 1.4 论文主要研究内容 |
| 第二章 仿真与实验平台 |
| 2.1 CFD代码与并行运算 |
| 2.1.1 STSCFD3D代码框架 |
| 2.1.2 混合MPI/Open MP并行机制 |
| 2.2 高性能计算硬件平台 |
| 2.2.1 国家超级计算长沙中心 |
| 2.2.2 南安普顿大学Iridis4 超级计算机 |
| 2.2.3 英国Archer高性能计算平台 |
| 2.3 超声速燃烧实验系统与后缘突扩型凹腔 |
| 2.3.1 超声速燃烧直连式试验台 |
| 2.3.2 单边扩张型燃烧室 |
| 2.3.3 后缘突扩型凹腔 |
| 2.4 流场观测与诊断技术 |
| 2.4.1 高速摄影火焰成像 |
| 2.4.2 壁面压力测量 |
| 2.4.3 自发辐射成像 |
| 2.4.4 PLIF技术 |
| 2.5 小结 |
| 第三章 超声速湍流流动的高精度数值模拟方法 |
| 3.1 流体动力学控制方程及湍流模拟方法 |
| 3.1.1 多组分气相流动Navier-Stokes方程 |
| 3.1.2 大涡模拟控制方程 |
| 3.1.3 混合RANS/LES方法 |
| 3.1.4 网格变换与边界处理 |
| 3.1.5 时间推进方法 |
| 3.2 一种高精度非线性过滤器格式 |
| 3.2.1 高阶显式WCNS的差分与重构格式 |
| 3.2.2 非线性过滤器的提取 |
| 3.2.3 非线性过滤器的优化 |
| 3.2.4 一维与二维流动算例验证 |
| 3.3 一种改进的入口湍流边界层生成方法 |
| 3.3.1 SEM方法的基本思想 |
| 3.3.2 改进的湍流入口SEM生成方法 |
| 3.3.3 改进方法在超声速平板流动中的应用 |
| 3.4 超声速气流中横向射流数值模拟 |
| 3.4.1 算例设置 |
| 3.4.2 射流流场结构 |
| 3.4.3 数值模拟与实验数据的定量对比 |
| 3.4.4 间断敏感器工作机制 |
| 3.5 小结 |
| 第四章 湍流燃烧大涡模拟的化学反应计算方法与封闭模型 |
| 4.1 多组分气相燃烧与输运系数计算方法 |
| 4.1.1 流动与燃烧过程解耦计算方法 |
| 4.1.2 多组分混合物输运系数计算方法 |
| 4.1.3 组分扩散速度的简化计算模型 |
| 4.2 化学反应速率的计算与简化反应机理 |
| 4.2.1 化学反应源项的直接计算 |
| 4.2.2 氢气/空气及乙烯/空气简化反应机理 |
| 4.2.3 不同反应机理下的凹腔乙烯火焰对比研究 |
| 4.3 湍流化学反应相互作用封闭模型 |
| 4.3.1 一种基于两点求积方法的PaSR/尺度相似封闭模型 |
| 4.3.2 湍流输运无量纲数简化封闭模型 |
| 4.3.3 氢气射流火焰算例验证 |
| 4.4 双凹腔超声速燃烧室数值模拟 |
| 4.4.1 双凹腔燃烧室构型与算例设置 |
| 4.4.2 燃烧流场结构特征 |
| 4.4.3 火焰稳定过程中的动态特性 |
| 4.5 小结 |
| 第五章 后缘突扩型凹腔流动模式与上游喷注混合过程研究 |
| 5.1 后缘突扩型凹腔二维流动特性 |
| 5.1.1 二维凹腔流动算例设置 |
| 5.1.2 瞬态流场结构与分析 |
| 5.1.3 时均流场结构与流动特性 |
| 5.2 凹腔流动模式与剪切层增长模型 |
| 5.2.1 后缘突扩型凹腔冷态流动模式 |
| 5.2.2 凹腔剪切层增长模型 |
| 5.3 后缘突扩型凹腔上游横向喷注燃料混合流场结构 |
| 5.3.1 后缘突扩型凹腔算例设置 |
| 5.3.2 后缘突扩型凹腔上游喷注混合流场结构特征 |
| 5.3.3 不同动量比下后缘突扩型凹腔中的喷注混合过程 |
| 5.4 凹腔后缘突扩构型对燃料喷注混合过程的影响 |
| 5.4.1 不同凹腔构型下上游喷注混合流场结构 |
| 5.4.2 凹腔后缘突扩效应对燃料混合及回流区质量交换特性的影响 |
| 5.5 小结 |
| 第六章 后缘突扩型凹腔燃烧特性与稳燃模式研究 |
| 6.1 后缘突扩型凹腔上游喷注气态燃料的燃烧流场特征 |
| 6.1.1 实验工况与计算设置 |
| 6.1.2 后缘突扩型凹腔乙烯燃烧流场结构特征分析 |
| 6.1.3 后缘突扩型凹腔氢气燃烧流场结构特征分析 |
| 6.2 凹腔后缘突扩构型对火焰稳定的影响 |
| 6.2.1 不同凹腔构型下的乙烯火焰稳定实验现象 |
| 6.2.2 后缘突扩型凹腔乙烯初始火焰吹熄过程数值模拟分析 |
| 6.3 凹腔后缘突扩构型对火焰结构与燃烧强度的影响 |
| 6.3.1 不同凹腔构型中的氢气燃烧 |
| 6.3.2 不同当量比下后缘突扩型凹腔中的乙烯火焰结构 |
| 6.4 后缘突扩型凹腔的稳燃模式 |
| 6.4.1 不同构型凹腔上游喷注氢气的稳定燃烧模式 |
| 6.4.2 后缘突扩型凹腔中稳燃模式的动态切换 |
| 6.4.3 凹腔后缘突扩构型对稳燃模式的影响 |
| 6.5 小结 |
| 第七章 后缘突扩型凹腔火焰稳定模型研究 |
| 7.1 超声速气流中横向射流穿透与扩散模型 |
| 7.1.1 模型的建立 |
| 7.1.2 模型的验证 |
| 7.1.3 模型评价与适用范围 |
| 7.2 常规非突扩凹腔火焰稳定边界模型 |
| 7.2.1 凹腔稳燃模式与火焰稳定边界 |
| 7.2.2 凹腔火焰稳定关键子过程建模 |
| 7.2.3 火焰时间尺度建模 |
| 7.2.4 模型验证与模型评述 |
| 7.3 后缘突扩型凹腔火焰稳定边界模型 |
| 7.3.1 射流扩散模型及有效当量比计算方法的修正 |
| 7.3.2 后缘突扩型凹腔的流动特征时间 |
| 7.3.3 部分子过程模型的后缘突扩效应修正 |
| 7.3.4 模型验证 |
| 7.4 凹腔后缘突扩效应对燃烧室稳焰性能的影响 |
| 7.5 小结 |
| 第八章 结论与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者在学期间取得的学术成果 |
（10）高速湍流燃烧LES-TPDF方法及其应用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 高速湍流燃烧的特点与数值模拟的挑战 |
| 1.3 主流湍流燃烧模型及存在问题 |
| 1.3.1 主流燃烧模型及分类 |
| 1.3.2 各类湍流燃烧模型用于高速反应流时存在的问题 |
| 1.4 PDF方法及研究进展 |
| 1.4.1 PDF方法的基本思路及优势 |
| 1.4.2 PDF方法的研究现状及存在问题 |
| 1.4.3 当前高速湍流燃烧PDF方法存在的问题 |
| 1.5 论文主要研究内容 |
| 第二章 LES-PDF方法理论基础 |
| 2.1 多组分理想气体基本假设和控制方程 |
| 2.1.1 多组分理想气体基本方程 |
| 2.1.2 N-S方程及基本假设 |
| 2.1.3 N-S方程的无量纲化及曲线坐标形式 |
| 2.2 LES控制方程 |
| 2.3 PDF理论基础 |
| 2.3.1 随机变量假设 |
| 2.3.2 PDF理论基础 |
| 2.4 精确的SPDF输运方程 |
| 2.4.1 显焓作为PDF能量变量 |
| 2.4.2 标量FMDF(SFMDF)输运方程的推导 |
| 2.5 小结 |
| 第三章 LES-PDF建模及数值求解方法 |
| 3.1 LES方程的模化及数值求解 |
| 3.1.1 LES滤波方程中未封闭项的模化 |
| 3.1.2 时间离散方法 |
| 3.1.3 对流通量的特征分解及高精度格式 |
| 3.1.4 粘性通量导数离散方法 |
| 3.1.5 边界条件及数值处理 |
| 3.2 SFMDF输运方程的模化 |
| 3.2.1 基本项的模化 |
| 3.2.2 小尺度混合模型及分子扩散项的模化 |
| 3.3 PDF输运方程的数值求解 |
| 3.3.1 粒子系统与随机描述 |
| 3.3.2 时间格式及算子分裂 |
| 3.4 小结 |
| 第四章 LES-PDF方法能量一致性研究 |
| 4.1 LES-PDF方法中的一致性问题 |
| 4.1.1 一致性问题的产生及现状 |
| 4.1.2 LES-PDF一致性的几点原则 |
| 4.2 LES-PDF标量一致性研究 |
| 4.2.1 粒子系统定义及输运方程 |
| 4.2.2 粒子系统与流体的等效描述 |
| 4.3 高速源项分析与建模 |
| 4.3.1 已有的高速源项条件滤波模型 |
| 4.3.2 高速源项条件滤波分析 |
| 4.4 高速源项中PDF条件滤波密度的近似方式 |
| 4.5 保持能量一致性的LES-PDF方法的初步应用 |
| 4.5.1 Sod激波管问题 |
| 4.5.2 可压缩时间发展混合层 |
| 4.6 小结 |
| 第五章 LES-PDF方法中高速源项的守恒性研究 |
| 5.1 高速源项守恒性分析和非化学总焓-组分PDF输运方程 |
| 5.1.1 PDF方法的高速源项守恒性分析 |
| 5.1.2 精确的非化学总焓-组分PDF输运方程推导 |
| 5.2 非化学总焓-组分PDF方法的高速源项守恒性及优势 |
| 5.3 一种改善的可压缩粒子速度修正方法 |
| 5.3.1 粒子速度修正方法理论基础 |
| 5.3.2 改善的可压缩粒子速度修正格式 |
| 5.4 非化学总焓-组分PDF方法在超声速流中的应用 |
| 5.4.1 3DSod激波管问题 |
| 5.4.2 超声速时间混合层 |
| 5.5 小结 |
| 第六章 高速湍流燃烧标量-压力PDF方法 |
| 6.1 标量-压力FMDF输运方程 |
| 6.1.1 FMDF输运方程验证 |
| 6.2 标量-压力FMDF模化及求解 |
| 6.2.1 FMDF输运方程的模化 |
| 6.2.2 标量-压力随机微分方程(SDE) |
| 6.3 超声速流中数值振荡的探索与分析 |
| 6.3.1 Sod激波管问题中的压力振荡现象 |
| 6.3.2 不同源项建模方式及数值方法的影响 |
| 6.3.3 密度PDF方法及LES冗余求解 |
| 6.3.4 非守恒型双曲方程的数值方法 |
| 6.4 标量-脉动压力FMDF方法 |
| 6.5 标量-脉动压力FMDF方法在可压缩惰性流中的应用 |
| 6.6 小结 |
| 第七章 LES-PDF方法在高速湍流燃烧中的应用 |
| 7.1 混合层研究进展简述 |
| 7.1.1 混合层中的可压缩效应 |
| 7.1.2 化学反应与燃烧释热 |
| 7.2 3D时间混合层的数值模拟 |
| 7.2.1 计算条件与参数设置 |
| 7.2.2 流场结构分析 |
| 7.2.3 不同模拟方法的统计结果对比 |
| 7.3 小结 |
| 第八章 结束语 |
| 取得的主要成果与结论 |
| 主要创新点 |
| 未来工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者在学期间取得的学术成果 |
| 附录A 粒子系统MDF标量方程(4.17)的推导 |
| 附录B 非化学总焓输运方程(5.4)的推导 |
| 附录C 氢气/空气反应机理 |
四、二维超声速混合层流动稳定性的数值分析与并行计算（论文参考文献）
- [1]支板喷射超燃冲压发动机燃烧流动实验和数值研究[D]. 徐义俊. 沈阳航空航天大学, 2020(04)
- [2]超声速混合层高精度数值模拟及流向涡混合增强实验研究[D]. 方昕昕. 国防科技大学, 2020(01)
- [3]超声速气流中横向喷雾的混合及燃烧过程数值模拟[D]. 李佩波. 国防科技大学, 2019(01)
- [4]流声分解方法源项分析及改进研究[D]. 杜炳鑫. 哈尔滨工程大学, 2019(04)
- [5]超声速气流中壁面燃料射流混合、点火及稳燃机制研究[D]. 刘朝阳. 国防科技大学, 2019(01)
- [6]高超声速空气化学非平衡流与燃气喷流混合反应流场数值模拟研究[D]. 赵法明. 南京航空航天大学, 2019(09)
- [7]高超声速转捩模型在高精度数值算法中的应用[D]. 谢春晖. 国防科技大学, 2018(01)
- [8]基于机器学习的超声速混合层研究[D]. 王浩. 国防科技大学, 2018(01)
- [9]后缘突扩型凹腔超声速流动模式与稳焰机理研究[D]. 杨揖心. 国防科技大学, 2018(01)
- [10]高速湍流燃烧LES-TPDF方法及其应用研究[D]. 张林. 国防科技大学, 2018(01)