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