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燃烧化学反应仿真模块——HyShot II算例
发布人: 日期:2015-10-27 11:07:42
1问题描述
本算例所使用的几何模型为DLR实验室的超然冲压发动机,简称HyShotⅡ模型。几何模型分为四个部分:进气道,燃烧室,氢气喷嘴和尾喷管组成。外流部分主要是空气流入进气道,马赫数由7.4降到2.6。在进气道终点和燃烧室出口处有一段空隙,主要是防止上端面产生的激波和进气道中的边界层进入燃烧室。燃烧室为等截面积,氢气喷嘴位于燃烧室距进口58mm处的下表面中心。




图1   Hyshot进气道示意图
HyShot算例的网格划分全部使用结构化网格,、同时采用了多重网格技术,加速收敛。外流部分网格节点数为129×329×35,燃烧室网格数为449×81×35,根据流速的不同,壁面第一层网格宽度范围为8×10-4到4×10-3mm,这使得y+值小于5。
2网格及流场计算
表1    计算设置
求解问题 时间推定常求解粘性N-S方程
气体模型 混合量热完全气体
数值格式 低耗散Edwards通量分裂格式
  MUSCL3阶差值重构格式
通量限制器 Van leer
湍流模型 MENTER
时间迭代格式 DAF分解
化学反应机理 9组分18反应H2/O2
湍流化学反应模型 温度及组分PDF模型
加速技术 多重网格、当地时间步

 本次算例为内外流一体化计算,在外流部分入口处采用自由流空气入口,静温为242k,静压为1813Pa,来流Ma为7.4。内外流出口处利用一阶外插边条。计算域内的边界条件如图3-19所示。由于实验过程中时间很短,所以壁面可以假设为定温无滑移壁面,温度为300K。单个周期的左右两侧设置对称边界条件。氢气喷口选用固定超音速边界条件进行设置。
表2    氢气喷嘴处的边界条件
  静温 静密度 速度
氢气 247 0.25 1250


图2   边界条件设置示意图




图3   外流场的Ma数分布
 
表2  计算结果与Fluent比较

软件 Fluent CHCFDLab
网格量(w) 264 264
CPU核数 80 80
化学组分 9*21 9*21
时间(h) 35 14
 

图4  燃烧室下壁面与上壁面压力沿X方向分布比较
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