系統識別號 | U0002-1507201416441100 |
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DOI | 10.6846/TKU.2014.00507 |
論文名稱(中文) | 噴嘴兩相流的相變化之模擬 |
論文名稱(英文) | Numerical simulation of the two-phase nozzle flows with phase change effects |
第三語言論文名稱 | |
校院名稱 | 淡江大學 |
系所名稱(中文) | 航空太空工程學系碩士班 |
系所名稱(英文) | Department of Aerospace Engineering |
外國學位學校名稱 | |
外國學位學院名稱 | |
外國學位研究所名稱 | |
學年度 | 102 |
學期 | 2 |
出版年 | 103 |
研究生(中文) | 唐紹源 |
研究生(英文) | Shao-Yuan Tang |
學號 | 601430514 |
學位類別 | 碩士 |
語言別 | 繁體中文 |
第二語言別 | |
口試日期 | 2014-07-01 |
論文頁數 | 73頁 |
口試委員 |
指導教授
-
牛仰堯
委員 - 黃博全 委員 - 楊安石 |
關鍵字(中) |
兩相流:空蝕現象:代數式Roe:震波 |
關鍵字(英) |
Two-phase flow:Cavitation:Algebraic Roe:Shock wave |
第三語言關鍵字 | |
學科別分類 | |
中文摘要 |
為了要模擬噴嘴內氣泡震波空蝕現象的發生,在數值模擬方面本文採用了ROE的通量分離法。以推導原始的ROE方程後改寫成代數式的型式,而以此方法可以提高運算的效率。空間離散則使用Muscl+Limiter,而在時間離散上採用具TVD效應之三階Runge-Kutta法。吾人以代數式型式的ROE模擬一維的震波管及爆炸波問題作驗證,得到的結果與真實黎曼解幾乎是一致的。接著模擬二維的噴嘴,在採用 紊流模式時能模擬出週期性變化,及空蝕係數大於1.5後可抑制空蝕氣泡的產生。最後模擬二維及軸對稱注油器,則可看出兩者氣泡震波發生的位置與時間有明顯的差異性。在未來則是希望進行三維測試例的模擬。 |
英文摘要 |
The purpose is to simulate the shock-like cavitation phenomena in the nozzle flow. Numerical simulation is based on the Roe type flux splitting method. The original ROE solver is reformulated in the algebraic form. This reformulated method can enhance the efficiency of the computations. Also, the MUSCL type method is used to deal with spatial discretization and a 3-order Runge-Kutta method is chosen to discretize the time evolution. First, one-dimensional shock tube and blast wave problems are validated with numerical calculations. Secondly, the turbulence model can achieve the periodical revolution of bubble growths of two-dimensional cavitated nozzle flows. In addition, the flow under the cavitation number more than 1.5 is shown that the cavitation will not appear in the nozzle. Finally, the two-dimensional and axis-symmetric injector nozzle cases show that the different location and appearing time for the shock-like cavitated flow are captured. The three-dimensional test cases will be necessary in the further study. |
第三語言摘要 | |
論文目次 |
目錄 致謝 i 中文摘要 ii 英文摘要 iii 目錄 iv 圖目錄 vii 符號說明 xi 第一章 緒論 1 1.1前言 1 1.2噴嘴的物理現象 3 1.3空蝕的物理現象 5 1.4震波管原理 5 1.5文獻回顧 7 1.6研究動機與目的 11 第二章 數值計算方法 13 2.1統御方程式 13 2.2狀態方程式 16 2.3數值分法 18 2.4真實黎曼解(Exact Riemann Solver) 20 2.5紊流模式 22 2.6 空蝕模式 24 第三章 模擬結果與討論 26 3.1一維波方程 26 3.2 一維震波管問題 27 3.3 一維爆炸波問題 30 3.4二維噴嘴邊界條件及網格設定 33 3.4.1網格及時間獨立性測試 34 3.4.2測試VOF模型時不同的紊流模式 36 3.4.3測試Mixtue模型時不同的紊流模式 40 3.4.4 選k-ω standard模式 比較VOF與Mixture模型 44 3.4.5 選k-ω standard模式與Mixture模型比較不同K值 45 3.5二維注油器噴嘴 46 3.5.1 網格獨立性測試 48 3.5.2 選定網格數進行模擬 51 3.5.3 採用紊流模式 55 3.5.4 測試不同壓差下氣泡震波生成情形 56 3.6軸對稱注油器噴嘴 58 第四章 結論與未來展望 62 參考文獻 63 附錄A 投稿論文 66 圖目錄 圖1-1-1 船用螺旋 2 圖1-1-2注油器 3 圖1-2-1 subsonic flow經過噴嘴之後的變化情形 4 圖1-2-2 supersonic flow經過噴嘴之後的變化情形 4 圖1-4-1 shock tube at t=0 6 圖1-4-2 shock tube at t>0 7 圖1-5-1 8度擴張管空蝕現象 8 圖1-5-2 平均空蝕佔有率 8 圖2-4-1 真實黎曼解示意圖 21 圖3-1-1 三種方法與真實解作比較 27 圖3-2-1震波管密度分佈圖 28 圖3-2-2震波管壓力分佈圖 29 圖3-2-3震波管速度分佈圖 29 圖3-3-1爆炸波密度分佈圖 31 圖3-3-2爆炸波壓力分佈圖 31 圖3-3-3爆炸波速度分佈圖 32 圖3-4-1二維噴嘴網格圖 33 圖3-4-2 [10] 34 圖3-4-3 網格獨立性測試 35 圖3-4-4 時間獨立性測試 35 圖3-4-5氣體體積佔有率隨時間變化 36 圖3-4-6四個時間的氣泡分佈圖 37 圖3-4-7 0.045秒時壓力分佈圖 37 圖3-4-8 0.045秒時壁面壓力分佈圖 37 圖3-4-9氣體體積佔有率隨時間變化 39 圖3-4-10四個時間的氣泡分佈圖 39 圖3-4-11 0.045秒時壓力分佈圖 40 圖3-4-12 0.045秒時壁面壓力分佈圖 40 圖3-4-13氣體體積佔有率隨時間變化 41 圖3-4-14四個時間的氣泡分佈圖 41 圖3-4-15 0.045秒時壓力分佈圖 42 圖3-4-16 0.045秒時壁面壓力分佈圖 42 圖3-4-17氣體體積佔有率隨時間變化 43 圖3-4-18四個時間的氣泡分佈圖 43 圖3-4-19 0.045秒時壓力分佈圖 44 圖3-4-20 0.045秒時壁面壓力分佈圖 44 圖3-4-21氣體體積佔有率隨時間變化 45 圖3-4-22 0.045秒時壁面壓力分佈圖 45 圖3-4-23 0.045秒時氣泡分佈圖 45 圖3-4-24 0.045秒時氣泡分佈圖 45 圖3-4-25不同K值時氣泡分佈圖 46 圖3-5-1二維注油器網格圖 47 圖3-5-2網格獨立性測試圖 49 圖3-5-3網格獨立性測試局部放大圖 49 圖3-5-4 不同網格數時氣泡震波分佈情形 50 圖3-5-5中線壓力變化 52 圖3-5-6 秒時氣泡震波分佈 52 圖3-5-7 秒時壓力分佈 52 圖3-5-8 秒時氣泡震波分佈 52 圖3-5-9 秒時壓力分佈 52 圖3-5-10 秒時氣泡震波分佈 53 圖3-5-11 秒時壓力分佈 53 圖3-5-12 秒時氣泡震波分佈 53 圖3-5-13 秒時壓力分佈 53 圖3-5-14 秒時氣泡震波分佈 53 圖3-5-15 秒時壓力分佈 53 圖3-5-16 秒時氣泡震波分佈 54 圖3-5-17 秒時壓力分佈 54 圖3-5-18 不同時間空蝕氣泡分佈圖 54 圖3-5-19 採用層流與紊流模式時氣泡隨時間變化 55 圖3-5-20 秒時氣泡震波分佈圖 56 圖3-5-21 不同壓差時氣泡震波分佈圖 58 圖3-6-1軸對稱注油器網格圖 59 圖3-6-2二維與三維注油器氣泡隨時間變化 60 圖3-6-3不同時間點氣泡震波分佈圖 61 |
參考文獻 |
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