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近年来,对于激波与湍流边界层相互干扰以及由此引起的边界层分离问题的研究主要是针对超音速、高超音速飞行器的外部流场,对于Laval喷管内部流动的研究却鲜有发现.而研究Laval喷管内部流动同样具有重要的研究价值和现实意义。本文就此问题进行了探讨与研究。 文中所用喷管的参数取自宝钢300吨转炉五孔氧枪喷头。Laval喷管收缩段取为五次方曲线,扩张段取为0.5个弧度与收缩段连接,以空气作为工作介质,并采用半经验公式法对Laval喷管进行了边界层修正。 在数值模拟方面,应用有限体积法,采用Spalart-Allmaras湍流模型和耦合隐式求解器对雷诺平均Nayier-Stokes方程进行了数值模拟。在对Navier-Stokes方程的离散过程中,对流项采用具有二阶精度的二阶迎风格式,扩散项的离散采用中心差分格式。 首先,分别应用S-A,κ-ε,κ-ω三种湍流模型对Laval喷管内部流场进行数值模拟,并对结果进行了比较,最终选用S-A湍流模型作为本论文的模型,该模型可以准确的模拟Laval喷管内激波与湍流边界层相互干扰以及由此引起的边界层分离问题;之后,应用S-A湍流模型计算得到喷管内部流场,发现激波形式为组合激波,并分析了其形成原因;通过改变喷管的背压,得到压力与正激波位置以及压力与边界层分离位置的量化关系,并拟合生成曲线。 本文的研究结果以及研究方法,可为Laval喷管流场以及可压缩气体研究者提供参考依据。