超音速燃燒衝壓引擎是一種有高技術難度的推進系統，其運作的環境通常為空氣密度較稀薄的流場，在這種情況下巨觀的連續流體的假設基礎呈顯薄弱，需改用微觀的粒子流體模型的觀點進行分析，本文使用直接模擬蒙地卡羅法(DSMC)，此法是目前較為被廣用於模擬分析粒子運動行為模式的方法。
由於超音速燃燒衝壓引擎運作於較高飛行馬赫數的環境，因此當自由流進入內流場時仍保持較高的動量，此時如何讓燃料與空氣可以在此環境下混合良好便成了一個重要的課題，混合情況的好壞直接影響燃燒品質，這也將與其產生的推力有直接的關係，因此本文對不同引擎構型所產生的混合效率做了一系列的分析。

Scramjet is a very high-tech difficulty of the propulsion system, it operations of the environment usually as the thinner the air flow field, in this case macro based on the assumption of continuous flow was obviously weak. Hence, we have to discuss flow fluid by microscopic molecular model, this article using direct simulation Monte Carlo (DSMC), this method is more widely used to simulation analysis the particle movement patterns.
As the Scramjet operating at high Mach number environment, therefore, when the free stream into the flow field still maintained the high momentum at this time how to make the fuel and air can be mixed well in this environment has become an important issue, mixing situation direct affect the quality of combustion, which also will produce the thrust is directly related, this article generated under different shape to do a series of mixing efficiency analysis.

摘要
目錄	I
表目錄	IV
圖目錄	V
符號表	XII
第一章 緒論	1
1-1 前言	1
1-2紐森數的定義	2
1-3研究目的	4
1-4文獻回顧	5
第二章 直接模擬蒙地卡羅法	8
2-1 直接模擬蒙地卡羅法(DSMC)	8
2-2網格與時步的設置	9
2-3流場的初始條件設定	10
2-4 流場邊界處理	10
2-5分子模型	13
2-5.1可變式硬球(VHS)模型	13
2-5.2雙原子分子模型	14
第三章 超音速燃燒衝壓引擎	18
3-1 概述超音速燃燒衝壓引擎	18
3-2超音速燃超衝壓引擎的構造	19
3-3 超音速燃燒衝壓引擎的挑戰	20
第四章 結果與討論	21
4-1 程式驗證	21
4-2 二、三維外型設置與自由流條件	21
4-3 混合效率與全壓損失	22
4-4.1 12、15、18馬赫算例外流場變化	23
4-4.2 12、15、18馬赫算例紐森值與雷諾數於流場分佈	24
4-4.3 12馬赫算例內流場變化	24
4-4.4 12馬赫算例燃料密度分佈與混合效率	26
4-4.5 15、18馬赫算例內流場變化	26
4-4.7 全壓損失之比較	28
4-5 相同ICR、不同擴張率比較	28
4-5.1燃料密度分佈與混合效率	29
4-5.2全壓損失之比較	29
4-6 二維與三維結果比較	30
4-7 改變外型之模擬結果	31
4-8 方形凹槽之不同噴燃處比較	33
4-8.1 迴流區分佈	33
4-8.2燃料密度分佈與混合效率	33
4-9 後方斜率凹槽之不同噴燃處比較	33
4-9.1迴流區分佈	34
4-9.2燃料密度分佈與混合效率	34
第五章 結論與建議	35
5-1 結論	35
5-2 建議與未來工作	36
參考文獻	37
附錄	95
 
表目錄
表4- 1 突張結構條件設置	41
表4- 2 凹槽結構與噴燃處設置	41
表4- 3自由流與噴嘴條件設定	42
表4- 4 可變硬球模型基本參數(273K，1atm)	42
 
圖目錄
圖1- 1 Kn值與統御方程式之關係圖	43
圖2- 1稀薄度與密度關係圖	43
圖2- 2 DSMC流程圖	44
圖2- 3 碰撞示意圖	44
圖3- 1 渦輪引擎構造圖	45
圖3- 2 衝壓噴射引擎構造圖	45
圖3- 3 超音速燃燒衝壓引擎構造圖	45
圖3- 4 碳氫化合物與氫燃料於不同噴射引擎之關係圖	46
圖4- 1 12馬赫算例與實驗數據比較圖(A)中心體(B)整流罩	47
圖4- 2 15馬赫算例與實驗數據比較圖(A)中心體(B)整流罩	47
圖4- 3 18馬赫算例與實驗數據比較圖(A)中心體(B)整流罩	47
圖4- 4 12馬赫算例之馬赫數分佈圖	48
圖4- 5 15馬赫算例之馬赫數分佈圖	48
圖4- 6 18馬赫算例之馬赫數分佈圖	49
圖4- 7 二維超音速燃燒衝壓引擎外型(內具突張結構)	50
圖4- 8 二維超音速燃燒衝壓引擎外型(內具凹槽)	50
圖4- 9 三維超音速燃燒衝壓引擎外型	50
圖4- 10 12馬赫算例馬赫線分佈	51
圖4- 11 12馬赫算例壓力線分佈	51
圖4- 12 15馬赫算例馬赫線分佈	51
圖4- 13 15馬赫算例壓力線分佈	52
圖4- 14 18馬赫算例馬赫線分佈	52
圖4- 15 18馬赫算例壓力線分佈	52
圖4- 16 12馬赫算例紐森值分佈	53
圖4- 17 15馬赫算例紐森值分佈	53
圖4- 18 18馬赫算例紐森值分佈	53
圖4- 19 12馬赫算例雷諾數分佈	54
圖4- 20 15馬赫算例雷諾數分佈	54
圖4- 21 18馬赫算例雷諾數分佈	54
圖4- 22 12馬赫算例馬赫數分佈圖	55
圖4- 23 12馬赫算例壓力分佈圖	55
圖4- 24 12馬赫算例溫度分佈圖	56
圖4- 25 12馬赫算例密度分佈圖	56
圖4- 26 12馬赫燃料密度分佈圖	57
圖4- 27 12馬赫氫、氧粒子分佈圖	57
圖4- 28 12馬赫混合效率比較圖	57
圖4- 29 15馬赫算例馬赫數分佈圖	58
圖4- 30 15馬赫算例壓力分佈	58
圖4- 31 15馬赫算例溫度分佈圖	59
圖4- 32 15馬赫算例壓力分佈	59
圖4- 33 15馬赫燃料密度分佈圖	60
圖4- 34 15馬赫氫、氧粒子分佈圖	60
圖4- 35 15馬赫算例混合效率比較圖	60
圖4- 36 18馬赫算例馬赫數分佈圖	61
圖4- 37 18馬赫算例壓力分佈圖	61
圖4- 38 18馬赫算例溫度分佈圖	62
圖4- 39 18馬赫算例密度分佈圖	62
圖4- 40 18馬赫燃料密度分佈圖	63
圖4- 41 18馬赫氫、氧粒子分佈圖	63
圖4- 42 18馬赫算例混合效率比較圖	63
圖4- 43 12馬赫算例全壓損失率	64
圖4- 44 15馬赫算例全壓損失率	64
圖4- 45 18馬赫算例全壓損失率	65
圖4- 46 12馬赫算例馬赫數分佈圖	66
圖4- 47 15馬赫算例馬赫數分佈圖	66
圖4- 48 18馬赫算例馬赫數分佈圖	67
圖4- 49 12馬赫算例壓力分佈圖	67
圖4- 50 15馬赫算例壓力分佈圖	68
圖4- 51 18馬赫算例壓力分佈圖	68
圖4- 52 12馬赫算例溫度分佈圖	69
圖4- 53 15馬赫算例溫度分佈圖	69
圖4- 54 18馬赫算例溫度分佈圖	70
圖4- 55 12馬赫算例密度分佈圖	70
圖4- 56 15馬赫算例密度分佈圖	71
圖4- 57 18馬赫算例密度分佈圖	71
圖4- 58 12馬赫燃料密度分佈圖	72
圖4- 59 15馬赫燃料密度分佈圖	72
圖4- 60 18馬赫燃料密度分佈圖	72
圖4- 61 12馬赫氫、氧粒子分佈圖	73
圖4- 62 15馬赫氫、氧粒子分佈圖	73
圖4- 63 18馬赫氫、氧粒子分佈圖	73
圖4- 64 12馬赫算例混合效率比較圖	74
圖4- 65 15馬赫算例混合效率比較圖	74
圖4- 66 18馬赫算例混合效率比較圖	75
圖4- 67 12馬赫算例全壓損失率	75
圖4- 68 15馬赫算例全壓損失率	76
圖4- 69 18馬赫算例全壓損失率	76
圖4- 70 12馬赫算例馬赫數分佈	77
圖4- 71 12馬赫算例壓力分佈	77
圖4- 72 12馬赫算例燃料密度分佈	78
圖4- 73 12馬赫算例燃料密度分佈(Z=0.0)	78
圖4- 74 12馬赫算例燃料密度分佈(Z=0.004)	78
圖4- 75 12馬赫算例燃料密度分佈(Z=0.008)	78
圖4- 76 15馬赫算例馬赫數分佈	79
圖4- 77 15馬赫算例壓力分佈	79
圖4- 78 15馬赫算例燃料密度分佈	80
圖4- 79 15馬赫算例燃料密度分佈(Z=0.0)	80
圖4- 80 15馬赫算例燃料密度分佈(Z=0.004)	80
圖4- 81 15馬赫算例燃料密度分佈(Z=0.008)	80
圖4- 82 18馬赫算例馬赫數分佈	81
圖4- 83 18馬赫算例壓力分佈	81
圖4- 84 18馬赫算例燃料密度分佈	82
圖4- 85 18馬赫算例燃料密度分佈(Z=0.0)	82
圖4- 86 18馬赫算例燃料密度分佈(Z=0.004)	82
圖4- 87 18馬赫算例燃料密度分佈(Z=0.008)	82
圖4- 88 12馬赫二維與三維混合效率比較	83
圖4- 89 15馬赫二維與三維混合效率比較	83
圖4- 90 18馬赫二維與三維混合效率比較	84
圖4- 91 12馬赫二維與三維結果比較	84
圖4- 92 15馬赫二維與三維結果比較	85
圖4- 93 18馬赫二維與三維結果比較	85
圖4- 94 方形凹槽馬赫數分佈	86
圖4- 95 方形凹槽壓力分佈	86
圖4- 96 方形凹槽溫度分佈	87
圖4- 97 方形凹槽密度分佈	87
圖4- 98 方形凹槽迴流區分佈	88
圖4- 99 方形凹槽燃料密度分佈	88
圖4- 100 方形凹槽氫、氧粒子分佈圖	89
圖4- 101 方形凹槽混合效率比較圖	89
圖4- 102 後方斜率凹槽馬赫數分佈	90
圖4- 103 後方斜率凹槽壓力分佈	90
圖4- 104 後方斜率凹槽溫度分佈	91
圖4- 105 後方斜率凹槽密度分佈	91
圖4- 106後方斜率凹槽迴流區分佈	92
圖4- 107 後方斜率凹槽燃料密度分佈	92
圖4- 108後方斜率凹槽氫、氧粒子分佈圖	93
圖4- 109 後方斜率凹槽混合效率比較圖	93
圖4- 110 凹槽與後方斜率凹槽之混合效率比較	94
圖4- 111 三算例二維非平衡區分佈	96
圖4- 112 12馬赫算例非平衡區分佈	97
圖4- 113 15馬赫算例非平衡區分佈	97
圖4- 114 18馬赫算例非平衡區分佈	98
圖4- 115 方形凹槽非平衡區分佈	99
圖4- 116後方斜率凹槽非平衡區分佈	99

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