超声速喷管流动

参考资料：ANSYS Fluid Dynamics Verification Manual

算例说明

本案例介绍了超声速喷管流动，该流动在喷嘴的整个发散段中是超音速的。

计算域：喷管长0.1594m，出口与喉道面积比为2.68，半发散角为15°

物质属性：理想气体，粘度为1.831e-5kg/m-s

边界条件：入口压力为10e6Pa，总温为825K，墙壁温度为413K

网格划分

采用矩形网格，网格数量为70800

计算设置

本次计算为稳态湍流计算，考虑计算域轴对称，因此在轴向只建立3°切片的区域。

• 物质属性
  

计算域内流体物质为空气，设置它的密度和粘性参数

• 湍流模型

湍流模型选择SST k-omega模型

• 能量方程

激活能量方程

• 边界条件
  

计算域左侧为压力入口

计算域右侧为压力出口

设置喷管壁面温度

• 设置求解方法和松弛因子

计算结果

• 计算域压力场云图
  

• 计算值与实验值对比

压力对比

参考文献

L.H. Back, P.F. Massier, H.L. Gier. “Convective Heat Transfer in a Convergent-Divergent Nozzle”. Int. J. Heat Mass Transfer, Vol. 7, pp. 549-568, 1964.