朱红波

（河南工业和信息化职业学院，河南 焦作 454000）

1 喷管的物理模型及边界条件设置

1.1 喷管的物理模型

Laval喷管是由圆形截面的收敛段和扩张段组成，入口直径、喉部直径和出口直径分别为10 mm、2 mm和4 mm，收敛段和扩张段长度分别为30 mm和40 mm，如图1所示。

图1 Laval 喷管几何形状及尺寸

对喷管进行流场分析，首先要设定初始条件。实际情况下，喷管中的流动是非等熵的可压缩流动，是一个很复杂的现象[1]。因此，为将问题简化，通常将喷管内的流动看作是一维定常等熵流动，并作如下假设[2]：

1）管内气流和外界没有热量和功的交换。

2）不计管壁与气体之间的摩擦作用。

3）没有质量的加入或引入。

4）流动是一维定常的。

5）所讨论的气体为定比热、可压缩的理想气体，并且是黏性流动。

1.2 边界条件设置

本研究所用到的边界条件包括进口边界条件（pressure inlet）、出口边界条件（pressure outlet）、壁面边界条件（wall）和对称边界条件（symmetry）4种，下面分别叙述这4种边界条件的处理方法[3-4]：

1）喷管进口边界条件。采用压力入口边界条件，并设定了总温。入口总压为33.67 atm，总温为600 K。

2）喷管出口边界条件。采用压力出口边界条件，出口压力设定为1 atm（即一个大气压）。

3）喷管壁面边界条件。壁面边界条件用于限制流体和固体区域，Laval 喷管壁面的实际结构比较复杂，在数值模拟中不考虑其他影响，所以壁面边界条件给定了无渗透、无滑移、绝热边界条件。

4）喷管对称边界条件。由于喷管是关于轴对称的，所以采用轴对称边界条件以减少计算域中的网格数，提高计算速度。……