固体火箭发动机工作过程数值仿真PDF电子书下载

第一章 引言 1

§1-1　固体火箭发动机的基本结构 1

一、推进剂装药 1

二、燃烧室 2

三、喷管 2

四、点火装置 3

§1-2　固体火箭发动机的工作过程 3

一、固体火箭发动机的工作过程及其特点 3

二、固体火箭发动机的主要性能参数 8

§1-3　固体火箭发动机工作过程的数值仿真 9

一、固体火箭发动机工作过程数值仿真的作用 10

二、固体火箭发动机工作过程数值仿真的主要内容 12

三、对开展工作过程数值仿真研究的几点建议 15

参考文献 16

第二章　计算流体力学基本知识 18

§2-1　控制方程组的有限差分离散 18

§2-2　控制方程组的有限体积离散 21

一、物理守恒定律的一般形式 21

二、有限体积法 23

三、有限体积法应用举例 25

四、守恒离散与非守恒离散 27

§2-3　离散方程的相容性、收敛性和稳定性 28

§2-4　对流—扩散方程的差分格式 30

一、对流—扩散方程及其精确解分析 30

二、中心差分格式 31

三、对流项一阶迎风格式 32

四、对流项二阶迎风格式 34

五、QUICK格式 35

六、线性代数离散方程组的求解 36

§2-5　求解二维定常不可压黏性流动的SIMPLE方法 37

一、流场数值计算的困难 38

二、交错网格与动量方程的离散 39

三、压强修正与SIMPLE方法 39

四、SIMPLE算法的计算步骤与有关说明 41

§2-6　CFD编程与通用软件简介 42

一、物理模型 42

二、编程方面的考虑 43

三、通用软件简介 44

参考文献 47

第三章 网格设计与坐标变换 48

§3-1　概述 48

§3-2　Thompson贴体网格自动生成方法 49

一、Laplace方程和Poisson方程的变换关系 50

二、反变换方程 51

三、反变换方程的数值离散 52

四、数值离散方程组的求解方法 53

§3-3　非齐次源项 53

一、Thompson源项 53

二、非齐次离散源项 54

三、Middlecoff源项 57

四、对三种源项的评价 58

§3-4　贴体曲线网格的弧长参数生成法 59

§3-5　流场控制方程组在任意曲线坐标系上的变换 62

一、流场控制方程组及其无量纲化 62

二、坐标系变换关系 63

三、控制方程组的变换 65

参考文献 66

第四章 固体火箭发动机燃气的基本特性 67

§4-1 多组分气体混合物基本关系式 67

一、分压强和分容积 68

二、气体混合物组分的表示方法 69

三、气体混合物的热力学能、焓、热容及熵 71

§4-2　燃气的热力参数 72

二、吉布斯自由能判据方程 73

一、质量守恒方程 73

三、热力计算方程组 74

四、基本热力学导数 75

五、平衡流动的热力参数确定 77

六、热力参数计算的数值方法 79

七、固体火箭发动机的热力参数计算 81

§4-3　输运系数 85

一、单原子分子 86

二、多原子分子 86

三、多组分气体混合物（N≥2） 86

§4-4　热化学与有限速率化学反应动力学基础 88

一、热化学基本计算 88

二、有限速率化学反应动力学基础 89

参考文献 91

第五章　燃烧室内流场的数值模拟 93

§5-1　燃烧室流场的特点与简化 93

一、燃烧室内流场的特点 93

二、流场的简化 94

三、求解域及网格生成 95

§5-2　控制方程组 97

一、轴对称控制方程组 97

二、控制方程组的统一形式 99

§5-3　通用输运方程的数值离散与求解方法 99

一、通用输运方程在任意曲线坐标系上的变换 99

二、通用输运方程的数值离散 100

三、离散方程的求解方法 103

§5-4　压强修正方程 105

一、压强修正方程的推导 105

二、压强修正方程的改造 107

§5-5　燃烧室内层流流场的数值模拟 109

一、边界条件 109

二、初场布置 110

三、收敛准则 110

四、计算结果 110

§5-6　雷诺时均方程与湍流模型 111

一、雷诺时均方程与涡黏性假设 112

二、k-ε两方程模型 114

二、通用输运方程的数值离散 116

一、湍流通用输运方程在任意曲线坐标系上的变换 116

§5-7　燃烧室内湍流流场的数值模拟 116

三、近壁区处理 118

四、离散方程的求解 122

五、计算结果 122

参考文献 126

第六章　火箭喷管流场的数值模拟 128

§6-1　特征线法的基本理论 128

一、单个偏微分方程 129

二、两个偏微分方程的方程组 132

三、依赖区、影响区和初值线 134

§6-2　三维定常等熵超声速流动的特征线理论 135

二、特征方程和相容性方程 136

一、原始控制方程组 136

三、特征面 137

四、在流面和波面上的相容性方程 140

五、小结 143

§6-3 三维定常等熵超声速流动的数值计算方法 144

一、数值计算方法 144

二、稳定性条件与计算的细节问题 146

§6-4　三维特征线方法在微推偏喷管研制中的应用 149

一、初值面流场布置 149

二、火箭发动机推力矢量的计算方法 150

三、锥型喷管推力偏心特性的数值模拟与分析 151

四、特型喷管推力偏心特性的数值模拟与分析 154

§6-5　全变差递减（TVD）格式简介 158

五、小结 158

一、TVD格式的概念与基本类型 159

二、推广到双曲守恒型方程组的TVD格式 161

三、一维可压缩流动方程组的TVD格式 162

§6-6　二维隐式有限体积TVD格式 164

一、二维有限体积格式 164

二、矢通量分裂 165

三、隐式有限体积TVD格式 168

四、二维隐式有限体积TVD格式应用于喷管流场的数值模拟 170

§6-7　三维隐式有限体积TVD格式 173

一、三维Euler方程及有限体积格式 173

二、矢通量分裂 174

三、三维隐式有限体积TVD格式 177

四、用三维隐式有限体积TVD格式数值模拟喷管内流场 179

五、火箭喷管内三维流场数值计算 180

§6-8　喷管内一维定常两相流动数值模拟 183

一、喷管内一维两相流的控制方程组 184

二、控制方程组的求解方法 188

三、计算结果与讨论 189

§6-9　喷管超声速段的二维定常两相流动数值模拟 192

一、二维定常两相流动控制方程组 193

二、轴对称喷管超声速段两相流动的计算结果 195

三、喷管二维两相跨声速流动数值模拟 197

参考文献 203

§7-1　一维非定常加质传热流动的数值模拟 205

一、一维非定常加质传热流动的控制方程组 205

第七章 燃烧、传热与流动过程的耦合数值模拟 205

二、一维非定常加质传热两相流动的控制方程组 207

三、数值计算方法 212

§7-2　多维非定常加质传热流动的数值模拟 214

一、加质流动边界条件及多维加质流动计算实例 214

二、传热与流动的耦合 216

§7-3　多组分反应流体流动的控制方程组 226

一、雷诺输运定理 227

二、组分及混合物连续方程 227

三、动量方程 228

四、能量方程 229

五、小结 230

§7-4　湍流燃烧模型 231

一、简单化学反应系统和快速化学反应模型 232

二、复杂化学反应系统模型简介 240

§7-5　考虑热辐射的流动数值模拟 241

一、热辐射对固壁的传热与流动计算的耦合 241

二、燃气辐射换热计算 242

§7-6　燃烧与流动耦合计算的预处理 245

一、化学反应模型 245

二、输运系数 245

三、热力学性质和温度的确定 246

四、组分质量分数的简化求解——利用元素的质量分数求解组分质量分数 246

五、辐射边界 247

一、控制方程组 248

§7-7　燃烧与流动的数值计算 248

二、无黏项处理 250

三、黏性项 251

四、有限速率化学反应组分源函数项和壁面压强条件 253

五、计算实例 253

参考文献 254

第八章 固体火箭发动机工作过程数值仿真 256

§8-1　固体火箭发动机点火过程计算 257

一、控制方程组 257

二、边界条件 259

三、数值计算方法 261

四、计算结果 263

一、统一方程组 266

§8-2　固体火箭发动机统一内流场一维两相流动的计算方法 266

二、计算方法和实例 269

三、计算结果 271

§8-3　固体火箭发动机统一内流场的二维计算方法 273

一、数值方法 273

二、数学物理模型 275

三、计算结果 279

§8-4　固体燃料冲压发动机内外流场数值仿真简介 283

一、求解域与网格布置 283

二、控制方程组及其在任意曲线坐标系的变换 284

三、控制方程组的数值离散 285

四、湍流模型 290

五、计算结果 291

参考文献 296