超音速射流
關(guān)注創(chuàng)建者：韓韓 創(chuàng)建時(shí)間：2019-11-25
超音速射流的視頻教程
Fluent專家-流動(dòng)-4 (機(jī)翼超音速流動(dòng))
Fluent專家-流動(dòng)-4 (機(jī)翼超音速流動(dòng)) 案例簡(jiǎn)介 機(jī)翼模型如下圖所示，其中周圍馬赫數(shù)為0.8，攻角α=4°，通過(guò)fluent來(lái)分析機(jī)翼外流場(chǎng)情況。 Spalart-Allmaras 模型（1equ）： 1）. Spalart-Allmaras 模型是設(shè)計(jì)用于航空領(lǐng)域的，主要是墻壁束縛流動(dòng)，而且已經(jīng)顯示出和好的效果。 2）。
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Altair Simlab教程：收斂發(fā)散噴嘴內(nèi)的超音速流動(dòng)
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超音速射流的實(shí)例教程
本文選用一個(gè)超音速火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，對(duì)其射流過(guò)程進(jìn)行仿真分析，設(shè)定不同的射流壓力條件下，對(duì)比分析射流云圖的不同，以及激波反射、馬赫盤等云圖
進(jìn)口2.7Mpa，出口0.1mpa，總溫
其他詳細(xì)參數(shù)見附件文獻(xiàn)。
高速流體沖擊至平板后，滯止，溫度上升，并和平板發(fā)生熱量傳遞。
文獻(xiàn)中有兩個(gè)地方值得爭(zhēng)議，第一個(gè)地方是一處明顯錯(cuò)誤。
如圖畫圈的地方，出現(xiàn)了兩處溫度不連續(xù)。這是明顯不正確的。原因是文獻(xiàn)采用了interface進(jìn)行流固耦合換熱，而interface進(jìn)行標(biāo)量插值，回來(lái)帶誤差使得溫度不連續(xù)。應(yīng)該采用wall wall shadow模型。
第二，文獻(xiàn)中溫度和壓力圖出現(xiàn)了明顯的激波串，但是我用fluent總是撲捉不到。根據(jù)氣動(dòng)理論 該模型pe2>pb，出口氣體應(yīng)該繼續(xù)膨脹，而不是在出口附近形成正激波，或者強(qiáng)烈的激波串。那么這個(gè)激波串應(yīng)該是擋板對(duì)氣流的反射作用造成的。
但是目前還撲捉不到。
用耦合算法出現(xiàn)了類似鉆石網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)。
激波串
溫度
Examination on Substrate Preheating Process in Cold Gas Dynamic Spraying0.pdf
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密度基
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壓力基
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壓力基
第一個(gè)圖是耦合算法求解結(jié)果。還沒(méi)有完全收斂。
第二個(gè)是壓力基求解結(jié)果，連續(xù)項(xiàng)quick，其他1階格式
壓力基
密度基
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展開 采用FLUENT軟件中提供的可實(shí)現(xiàn)Realizable k-ε 湍流模型對(duì)上述工況條件下的超音速射流流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬。流場(chǎng)計(jì)算采用Simple算法，基本方程離散差分采用如下格式：壓力相方程采用Standard格式，動(dòng)量方程、湍動(dòng)能方程和湍動(dòng)能耗散率均采用一階迎風(fēng)格式。
三、計(jì)算結(jié)果
Elon Musk幾年前提出制造超音速eVTOL飛行器的想法，并定期在Twitter分享這一看法，但縱然Elon Musk是全球汽車產(chǎn)業(yè)電氣化主要推動(dòng)者，造的火箭更是以“尾巴著陸”，這一想法仍不免被嚴(yán)謹(jǐn)?shù)暮娇疹I(lǐng)域視為遙不可及，不過(guò)是笑話、噱頭而已。但畢竟Musk有著“鋼鐵俠”之稱，如果說(shuō)有誰(shuí)能夠造出超音速eVTOL，那個(gè)人肯定是Musk。
那到底超音速eVTOL飛行器可行性幾何？
知名航空記者，同時(shí)也是直升機(jī)飛行員的Elan Head用第一性原理采訪研究了使超音速eVTOL成為現(xiàn)實(shí)到底需要什么。
超音速eVTOL概念圖
A. 超音速 + 電動(dòng) + VTOL = 一些非常困難的問(wèn)題
從廣義上講，超音速eVTOL飛行存在三個(gè)難題：
1. 制造能夠以超音速有效運(yùn)行的電動(dòng)推進(jìn)器存在困難；
2. 制造能夠支持超音速巡航和垂直起降能量和功率密度的電池存在困難；
3. 將所有這些集成為一個(gè)可行進(jìn)行超音速巡航的飛行器設(shè)計(jì)存在困難；
我們先來(lái)看看推進(jìn)器的問(wèn)題。
到目前為止，只有一架能夠垂直著陸的超音速飛機(jī)投入使用：洛克希德·馬丁公司的 F-35B。它由Pratt & Whitney F135 加力渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，可產(chǎn)生超過(guò) 40,000 磅的推力，它通過(guò)燃燒大量化石燃料來(lái)實(shí)現(xiàn)。
F35垂直起降
這種快速的推力產(chǎn)生方法不適用于電動(dòng)飛機(jī)，而且合適的替代方案可能是什么樣子也并不明顯。
展開 參考資料：ANSYS Fluid Dynamics Verification Manual
算例說(shuō)明
本案例介紹了噴管中正激波超音速流動(dòng)，來(lái)流最大馬赫數(shù)為2.2。
計(jì)算域：噴管長(zhǎng)2m，出口與喉道面積比為3
物質(zhì)屬性：理想氣體，粘度為1.7894e-5kg/m-s
邊界條件：來(lái)流壓力為200kPa，總溫為500K，墻壁溫度為328K，出口表壓為75kPa
網(wǎng)格劃分
采用矩形網(wǎng)格，網(wǎng)格數(shù)量為8000
計(jì)算設(shè)置
本次計(jì)算為穩(wěn)態(tài)湍流計(jì)算。
物質(zhì)屬性
計(jì)算域內(nèi)流體物質(zhì)為空氣，設(shè)置它的密度和粘性參數(shù)
湍流模型
本次計(jì)算為層流計(jì)算
能量方程
激活能量方程
邊界條件
計(jì)算域左側(cè)為壓力入口
計(jì)算域右側(cè)為壓力出口
設(shè)置噴管壁面溫度
設(shè)置求解方法和松弛因子
計(jì)算結(jié)果
計(jì)算域壓力場(chǎng)云圖
計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值對(duì)比
噴管中心線位置處馬赫數(shù)對(duì)比
參考文獻(xiàn)
F. M.White. Fluid Mechanics. 3rd Edition. McGraw-Hill Book Co., New York, NY.
518-531. 1994.
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超音速射流的最新內(nèi)容
板式催化劑文丘里噴嘴壓力及風(fēng)速模擬分析8個(gè)月前
采用FLUENT軟件中提供的可實(shí)現(xiàn)Realizable k-ε 湍流模型對(duì)上述工況條件下的超音速射流流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬。流場(chǎng)計(jì)算采用Simple算法，基本方程離散差分采用如下格式：壓力相方程采用Standard格式，動(dòng)量方程、湍動(dòng)能方程和湍動(dòng)能耗散率均采用一階迎風(fēng)格式。
三、計(jì)算結(jié)果
超音速降落傘在航天工程中有著廣泛地應(yīng)用。 中國(guó)第一次登陸火星的天問(wèn)一號(hào)探測(cè)器于2021年5月15日在烏托邦平原的南部預(yù)定著陸區(qū)降落。 其中，最難的便 是降落 傘著陸過(guò)程。 超音速降落傘技術(shù)是減速環(huán)節(jié)中最難的一步，在使用降落傘時(shí)必須確保在低動(dòng)壓、低音速、低動(dòng)壓的情況下，而這個(gè)過(guò)程容易出現(xiàn)開傘困難、開傘不穩(wěn)等狀況。 因此，采取合理的解決方式十分重要。 可利用XFlow軟件模擬流體運(yùn)動(dòng)，Abaqus軟件模擬降落傘的受力和運(yùn)動(dòng)
再入艙的攻角α=-25°和馬赫數(shù)為17.0。幾何形狀如下圖所示，膠囊是對(duì)稱的。
1、啟動(dòng)Fluent導(dǎo)入網(wǎng)格
啟動(dòng)Fluent軟件，選擇雙精度，設(shè)置并行數(shù)。
導(dǎo)入網(wǎng)格并顯示。
對(duì)于高超音速流場(chǎng)，選擇密度基Density-Based求解器。
5 分鐘閱讀
作者：Boom Supersonic 氣動(dòng)推進(jìn)工程師 Michael Rybalko 和 NUMECA USA 技術(shù)總監(jiān) Jean-Charles Bonaccorsi
Boom Supersonic 于 2014 年在科羅拉多州丹佛市成立，正在通過(guò)建造歷史上最快的商業(yè)客機(jī) Overture 重新定義飛行的意義。Overture 將以 2.2 馬赫的速度和高達(dá)
導(dǎo)讀：在協(xié)和式飛機(jī)停運(yùn)近20年后，超音速客機(jī)可能很快會(huì)再次起飛。相信有了3D打印技術(shù)進(jìn)行原型機(jī)設(shè)計(jì)的buff加成，如今的超音速旅行絕不再是空花陽(yáng)焰，而是將開啟一個(gè)交通史上的新時(shí)代。
2022年1月15日，南極熊獲悉，航空航天公司Boom Supersonic從美國(guó)空軍（USAF）獲得了一份價(jià)值高達(dá)6000萬(wàn)美元的合同，以加快新一代 "Overture "超音速飛機(jī)的研發(fā)進(jìn)程，這無(wú)疑是一筆令整個(gè)行業(yè)為之振奮的交易
Elon Musk幾年前提出制造超音速eVTOL飛行器的想法，并定期在Twitter分享這一看法，但縱然Elon Musk是全球汽車產(chǎn)業(yè)電氣化主要推動(dòng)者，造的火箭更是以“尾巴著陸”，這一想法仍不免被嚴(yán)謹(jǐn)?shù)暮娇疹I(lǐng)域視為遙不可及，不過(guò)是笑話、噱頭而已。但畢竟Musk有著“鋼鐵俠”之稱，如果說(shuō)有誰(shuí)能夠造出超音速eVTOL，那個(gè)人肯定是Musk。
那到底超音速eVTOL飛行器可行性幾何
8月22日消息，我國(guó)JF-22超高速風(fēng)洞此前已進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)安裝階段，并已通過(guò)專家組中期檢查。在央視報(bào)道中，出現(xiàn)了疑似中國(guó)新型天地往返飛行器和高超音速飛行器的影子。
風(fēng)洞被譽(yù)為是飛行器的搖籃。在位于北京懷柔科學(xué)城，一支幾代人傳承的科研團(tuán)隊(duì)打造出了最新一代JF-22超高速風(fēng)洞將于明年建成。
飛行器在天上飛
冷噴涂增材制造技術(shù)
冷噴涂增材制造技術(shù)以高速氣體作為加速介質(zhì)，將噴涂粉末經(jīng)送粉氣體送入噴q，經(jīng)特殊設(shè)計(jì)的噴嘴加速后，形成氣、固兩相超音速射流，噴向基體表面，射流中金屬粒子在固態(tài)下碰撞基體，動(dòng)能在撞擊瞬間轉(zhuǎn)化為顆粒高速應(yīng)變的內(nèi)能，產(chǎn)生劇烈塑性變形，與界面上基體粗糙表面進(jìn)行耦合作用，形成機(jī)械咬合、物理結(jié)合和冶金結(jié)合，最終形成沉積涂層。
本白皮書探討如何使用 CFD 改進(jìn)核電站設(shè)備和管道的可靠性，并幫助理解管道破裂時(shí)發(fā)生的超音速蒸汽浸沒(méi)射流凝結(jié)現(xiàn)象。
（二）使用 CFD 開發(fā)用于分析熱反應(yīng)堆性能的框架
熱反應(yīng)堆是硫磺廠的重要組成部分，可讓硫磺廠從天然氣中提取硫磺并通過(guò)原油加工生產(chǎn)副產(chǎn)品。當(dāng)前的熱反應(yīng)堆設(shè)計(jì)工藝主要依賴于經(jīng)驗(yàn)，極少借助實(shí)驗(yàn)反饋或仿真。
通過(guò)CFD仿真改進(jìn)核安全和可靠性
本白皮書探討計(jì)算流體力學(xué) (CFD) 如何改進(jìn)核電站設(shè)備和管道的可靠性，并預(yù)測(cè)管道破裂時(shí)發(fā)生的超音速蒸汽射流現(xiàn)象。
