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系統識別號 U0002-2407201216570000
中文論文名稱 超音速燃燒衝壓引擎混合分析
英文論文名稱 Mixing Analysis of a Scramjet engine via DSMC method
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 機械與機電工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Mechanical and Electro-Mechanical Engineering
學年度 100
學期 2
出版年 101
研究生中文姓名 陳均彰
研究生英文姓名 Chun-Chang Cheng
學號 699370952
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2012-07-05
論文頁數 89頁
口試委員 指導教授-洪祖昌
委員-李宗翰
委員-黃俊誠
委員-謝澤揚
中文關鍵字 超音速衝壓引擎  直接模擬蒙地卡羅  混合效率 
英文關鍵字 Scramjet  DSMC  Mixing efficiency 
學科別分類 學科別應用科學機械工程
中文摘要 超音速燃燒衝壓引擎的工作流場中有些地方較為稀薄,因此,巨觀的連續體假設將不適用,需改用微觀的粒子觀點來分析,本文採用數值解(Numerical Solution)內的其中一種方法,直接模擬蒙地卡羅法(DSMC),此法是目前較精確且廣泛用於模擬分析稀薄流的方法。
本文以DSMC法模擬超音速燃燒衝壓引擎內流場的變化,考慮燃料噴入與空氣混合情形的狀況,此時,如何達到良好的混合效率便成了主要關注研究的方向,因此,針對各種不同構型之燃燒室計算分析其混合效率。
英文摘要 Supersonic combustion ramjet engine work flow field are thin. Therefore, We have to use micro particle to analyze. The macro continuum hypothesis is no longer suitable. This article use one of the Numerical Solution to simulate DSMC. It is precise and used a lot of analyze recently.
This article adopted the variety of Scramjet inner flow field by DSMC. We consider the situation of fuel ignition and air mixing. How to achieve good mixing efficiency has become concerned about the direction of the research, therefore, for a variety of different the combustion chamber configuration calculation and analysis its mixing efficiency.
論文目次 目錄
誌謝 I
目錄 IV
表目錄 VII
圖目錄 VIII
符號表 XII
第一章 緒 論 1
1-1 前言 1
1-2 文獻回顧 2
1-3 紐森數的定義 6
1-4 稀薄氣體的定義( Dilute gas) 8
1-5 波茲曼方程式( Boltzmann equation) 9
第二章 直接模擬蒙地卡羅法 11
2-1 直接模擬蒙地卡羅法介紹( DSMC Introduction) 11
2-2 網格設置與時步的計算 13
2-3 流場初始條件 13
2-4 流場邊界條件 14
2-5 氣體分子模型 17
2-5-1 硬球模型(Hard sphere ,HS) 17
2-5-2 可變軟球模型(Variable soft sphere model ,VSS) 18
2-5-3 可變硬球模型(Variable hard sphere model ,VHS) 18
2-5-4 雙原子分子模型 19
2-6 碰撞 22
第三章 超音速燃燒衝壓引擎 24
3-1 超音速燃燒衝壓引擎概述 24
3-2 超音速燃燒衝壓引擎構造 25
3-3 超音速燃燒衝壓引擎的挑戰與技術 26
第四章 模擬結果與討論 28
4-1 程式驗證 28
4-2 模擬外型 29
4-3 混合效率 30
4-4 全壓損失 30
4-5 相同外型不同馬赫數比較 31
4-5-1 自由流12、15、18馬赫算例外流場變化 31
4-5-2 自由流12、15、18馬赫算例內流場變化 32
4-6 燃燒室內部結構不同比較 34
4-6-1 自由流12馬赫算例外流場變化 34
4-6-2 自由流15、18馬赫算例外流場變化 35
4-6-3 自由流12、15、18馬赫內流場變化 36
4-7 迴流區與混合效率 38
4-8 自由流12、15、18全壓損失比 40
第五章 結論與建議 41
5-1 結論 41
5-2 未來建議與工作 42
參考文獻 43

表目錄
表4-1 自由流條件設置 47
表4-2 可變硬球模型基本參數(273K,1atm) 47

圖目錄
圖1-1 X-51進行無人駕駛飛機圖 48
圖1-2 kn值與統御方程式間的關係圖 49
圖2-1 稀薄度與密度之關係圖 49
圖2-2 直接模擬蒙地卡羅法流程圖 50
圖2-3 粒子與壁面交互做用(鏡面反射邊界) 51
圖2-4 粒子與壁面交互作用(漫反射邊界) 51
圖2-5 分子碰撞面積示意圖 51
圖3-1 渦輪引擎構造示意圖 52
圖3-2 衝壓引擎構造示意圖 52
圖3-3 超音速燃燒衝壓引擎構造圖 52
圖3-4 噴射推進系統圖 53
圖4-1 12馬赫算例與實驗數據比較圖(A)整流罩(B)中心體 54
圖4-2 15馬赫算例與實驗數據比較圖(A)整流罩(B)中心體 54
圖4-318馬赫算例與實驗數據比較圖(A)整流罩(B)中心體 54
圖4-4 12馬赫算例之馬赫數分佈比較圖 55
圖4-5 15馬赫算例之馬赫數分佈比較圖 55
圖4-6 18馬赫算例之馬赫數分佈比較圖 56
圖4-7 二維超音速燃燒衝壓引擎外型(no step) 56
圖4-8 二維超音速燃燒衝壓引擎外型(convex) 57
圖4-9 二維超音速燃燒衝壓引擎外型(cavity) 57
圖4-10二維超音速燃燒衝壓引擎外型(cavity slop) 57
圖4-11 三維超音速燃燒衝壓引擎外型 58
圖4-12 12馬赫算例外流場馬赫數分佈圖 59
圖4-13 12馬赫算例外流場壓力線分佈圖 60
圖4-14 15馬赫算例外流場馬赫數分佈圖 61
圖4-15 15馬赫算例外流場壓力分佈圖 62
圖4-16 18馬赫算例外流場馬赫數分佈圖 63
圖4-17 18馬赫算例外流場壓力線分佈圖 64
圖4-18 內流場馬赫數算例分佈圖(12MA、15MA、18MA) 65
圖4-19 內流場壓力分佈算例圖(12MA、15MA、18MA) 65
圖4-20 內流場溫度分佈算例圖(12MA、15MA、18MA) 66
圖4-21 內流場密度分佈算例圖(12MA、15MA、18MA) 66
圖4-22 12MA分佈圖 67
圖4-23 12MA壓力線分佈圖 68
圖4-24 15MA分佈圖 69
圖4-25 18MA分佈圖 70
圖4-26 12MA壓力內流場比較圖 71
圖4-27 12MA溫度內流場比較圖 72
圖4-28 12MA密度內流場比較圖 73
圖4-29 12MA中心壓力切面圖 74
圖4-30 12MA 中心溫度切面圖 74
圖4-31 15MA 壓力內流場比較圖 75
圖4-32 15MA溫度內流場比較圖 76
圖4-33 15MA密度內流場比較圖 77
圖4-34 15MA中心壓力切面圖 78
圖4-35 15MA中心溫度切面圖 78
圖4-36 18MA壓力內流場比較圖 79
圖4-37 18MA溫度內流場比較圖 80
圖4-38 18MA密度內流場比較圖 81
圖4-39 18MA中心壓力切面圖 82
圖4-40 18MA中心溫度切面圖 82
圖4-41 突張結構產生的迴流區分佈圖 83
圖4-42 凹槽結構產生的迴流區分佈 83
圖4-43 凹槽後方斜率結構產生的迴流區分佈 84
圖4-44 凹槽與凹槽後方斜率比較圖 84
圖4-45 12MA各個外型氫、氧分佈圖 85
圖4-46 12MA各個外型混合效率比較圖 85
圖4-47 15MA 各個外型氫、氧分佈圖 86
圖4-48 15MA各個外型混合效率比較圖 86
圖4-49 18MA各個外型氫、氧分佈圖 87
圖4-50 18MA各個外型混合效率比較圖 87
圖4-51 12MA算例全壓損失率 88
圖4-52 15MA算例全壓損失率 88
圖4-53 18MA算例全壓損失率 89

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[43]http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/archive/d/de/20080616222506!Scramjet--X-43A.jpg
[44]http://tw.knowledge.yahoo.com/question/question?qid=1011020703237
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