●高超聲速出版工程
目錄
叢書序
前言
第1章 概論1
1.1 超燃衝壓發動機計算燃燒學概述/1
1.1.1 超燃衝壓發動機簡介/1
1.1.2 超燃衝壓發動機計算燃燒學內涵/3
1.1.3 超聲速湍流燃燒特點及數值計算困難/6
1.2 超燃衝壓發動機計算燃燒學研究現狀/8
1.2.1 超聲速同軸射流燃燒/8
1.2.2 超聲速氣流中的橫向射流燃燒/8
1.2.3 支板穩定的超聲速燃燒/11
1.2.4 凹腔穩定的超聲速燃燒/11
1.2.5 超燃衝壓發動機中的氣液兩相燃燒/13
1.3 可壓縮反應流基本控制方程/16
1.4 超燃計算的關鍵物理化學模型/18
1.4.1 霧化蒸發模型/19
1.4.2 層流有限速率化學反應模型/22
1.4.3 湍流燃燒火焰面模型/24
1.4.4 湍流燃燒PDF模型/26
1.5 本書內容簡介/33
參考文獻/34
第2章 超聲速湍流流動模擬方法與模型51
2.1 湍流及其模擬方法概述/51
2.2 RANS模擬/53
2.2.1 Reynolds和Favre平均/53
2.2.2 湍流模型/57
2.2.3 模型對比與評述/68
2.3 大渦模擬/70
2.3.1 LES方法/70
2.3.2 混合RANS/LES方法/76
2.4 直接數值模擬/82
2.4.1 直接數值模擬方法概述/82
2.4.2 可壓縮湍流的直接數值模擬算例/85
參考文獻/90
第3章 超聲速兩相流模擬方法與模型93
3.1 基於界面追蹤的一次霧化模擬/94
3.1.1 控制方程/94
3.1.2 數值計算方法/96
3.1.3 界面追蹤方法在超聲速兩相流中的應用/100
3.2 基於界面捕捉的一次霧化模擬/104
3.2.1 控制方程/104
3.2.2 數值處理方法/105
3.2.3 界面捕捉方法在超聲速兩相流中的應用/110
3.3 基於液滴追蹤的二次霧化模擬/116
3.3.1 液滴相控制方程/116
3.3.2 氣液之間雙向耦合/118
3.3.3 霧化模型/120
3.3.4 液體橫向射流在超聲速氣流中破碎過程的數值模擬/126
3.4 液滴蒸發模擬/129
3.4.1 蒸發模型/129
3.4.2 液體煤油射流在超聲速氣流中蒸發過程的數值模擬/135
3.5 金屬顆粒燃燒模擬/138
3.5.1 單顆粒鋁氧反應/138
3.5.2 鋁顆粒群在超聲速氣流中燃燒的數值模擬/144
參考文獻/151
第4章 超聲速湍流燃燒火焰面模型156
4.1 超聲速湍流燃燒穩態火焰面模型/156
4.1.1 層流擴散火焰面模型/156
4.1.2 湍流燃燒火焰面模型/160
4.2 超聲速湍流燃燒穩態火焰面模型修正/166
4.2.1 非均勻壓力火焰面模型/168
4.2.2 代表性互動式火焰面模型/175
4.3 超聲速非穩態燃燒火焰面模型/179
4.3.1 火焰面/進度變量模型/180
4.3.2 超聲速氣流中的修正方法/184
4.3.3 火焰面溫度簡化處理模型/186
4.3.4 DLR支板算例驗證/189
4.3.5 並聯凹腔燃燒算例驗證/194
4.4 兩相火焰面模型/197
4.4.1 兩相火焰面模型物理描述/197
4.4.2 串聯凹腔燃燒算例驗證/199
參考文獻/201
第5章 超聲速湍流燃燒模擬概率密度函數方法204
5.1 設定型概率密度函數方法/204
5.1.1 數學模型和數值方法/205
5.1.2 算例驗證/208
5.2 輸運型概率密度函數方法/214
5.2.1 輸運型概率密度函數方法概述/214
5.2.2 超聲速LES-標量FMDF方法/219
5.2.3 LES-FMDF方法在高速流中的應用/225
參考文獻/234
第6章 數值方法237
6.1 概述/237
6.1.1 網格生成方法/237
6.1.2 曲線坐標繫下的無量綱N-S方程/238
6.1.3 坐標變換/239
6.1.4 空間離散形式/240
6.2 激波捕捉格式/241
6.2.1 傳統的激波捕捉格式/241
6.2.2 經典的激波捕捉格式/243
6.2.3 一類高精度的激波感知器/251
6.2.4 高效自適應EWENO型激波捕捉格式/252
6.3 線性差分格式及混合格式/253
6.3.1 緊致差分格式/253
6.3.2 中心差分格式/255
6.3.3 混合格式/261
6.4 時間積分方法/276
6.4.1 顯式Runge-Kutta方法/277
6.4.2 隱式雙時間步法/278
6.5 湍流入口邊界條件/283
6.5.1 數值濾波法/284
6.5.2 回收-調節法/287
參考文獻/289
第7章 超燃衝壓發動機計算燃燒學應用295
7.1 概述/295
7.2 高效並行計算技術/297
7.2.1 MPI＋OpenMP兩級混合並行算法/297
7.2.2 CPU＋GPU異構並行算法/304
7.3 超燃衝壓發動機非穩態燃燒流動過程模擬/308
7.3.1 燃料噴注及混合特性數值模擬/308
7.3.2 點火及燃燒特性數值模擬/320
7.3.3 內外流一體化數值模擬/344
參考文獻/348

本書圍繞超燃衝壓發動機燃燒流動過程數學物理模型與數值計算方法進行討論。首先，介紹了描述超燃衝壓發動機內流燃燒過程的基本模型與方法，包括超聲速湍流流動模型、超聲速氣流中的液體射流霧化蒸發及顆粒燃燒模型、超聲速湍流燃燒火焰面模型、超聲速湍流燃燒概率密度函數方法等。其次，介紹了超聲速流場計算常用的數值方法，包括空間離散方法、時間積分方法和湍流入口邊界條件等。最後，分析了計算燃燒學應用於實際超燃衝壓發動機模擬的大規模高效並行問題，並給出一些應用實例。