燃气射流动力学

本书第1章通过日常生活中的各种射流现象，引导读者认识射流的本质，理解燃气射流的特有性质。第2章主要讲述气体动力学基本理论，介绍气体流动的基本性质，根据流体动力学守恒定律构建控制方程。第3章主要讲述燃气射流动力学基本理论，从喷管内的燃气射流流动入手，逐步引入超声速燃气射流中常见的激波与膨胀波等概念，并分析不同流动状态下的燃气射流结构。第4章主要讲解燃气射流数值计算的基本理论，针对可压缩流动，构建绝热无黏理想气流的黎曼求解器，并将此扩展到多维黏性可压缩流动中。第5章介绍发射工程中的燃气射流动力学问题及其分析方法，帮助读者将理论与实践相结合。
本书主要作为航天发射与火箭推进专业研究生入门教材，重点在于建立读者对燃气射流的基本概念，并介绍燃气射流分析的基本方法。

第1章 燃气射流动力学基本概念
1.1 燃气射流现象
1.1.1 射流的基本概念
1.1.2 工程中的射流现象
1.1.3 燃气射流的主要特征
1.2 燃气射流问题的研究方法
第2章 气体动力学基本理论
2.1 气体流动基本性质
2.1.1 连续性假设与流体微团
2.1.2 流体动力学基本参数
2.1.3 理想流体与黏性流体
2.1.4 牛顿流体与非牛顿流体
2.1.5 层流与湍流
2.1.6 流体传热与传质
2.1.7 可压流体与不可压流体
2.1.8 定常流动与非定常流动
2.2 气体动力学控制方程
2.2.1 流体动力学的描述方法
2.2.2 质量守恒方程
2.2.3 动量守恒方程
2.2.4 能量守恒方程
2.2.5 流体本构关系式
2.2.6 状态方程与理想气体
2.2.7 控制方程的通用形式
第3章 燃气射流动力学基本理论
3.1 准一维定常流动控制方程
3.2 声速与马赫数
3.3 变截面准一维定常流动
3.3.1 变截面定常流动关系式
3.3.2 一维定常等熵流动关系式
3.3.3 滞止状态、优选速度状态与临界状态
3.3.4 马赫数与气体可压缩性
3.4 拉瓦尔喷管内燃气流动特性
3.4.1 拉瓦尔喷管的定义
3.4.2 拉瓦尔喷管内流动状态
3.4.3 拉瓦尔喷管性能参数与面积比公式
3.4.4 拉瓦尔喷管的正问题与反问题
3.5 膨胀波、压缩波与激波
3.5.1 微弱扰动与马赫锥
3.5.2 普朗特-迈耶尔流动
3.5.3 正激波
3.5.4 斜激波
3.6 不同流态下的燃气射流结构
3.6.1 燃气射流的基本结构
3.6.2 流动不稳定性
3.6.3 亚声速燃气射流
3.6.4 超声速燃气射流
第4章 燃气射流的数值计算
4.1 偏微分方程及其数值解法
4.1.1 准线性偏微分方程组
4.1.2 偏微分方程的数值解法
4.2 黎曼问题与Godunov型方法
4.2.1 对流方程的黎曼问题
4.2.2 双曲方程组与黎曼问题
4.2.3 Godunov方法
4.2.4 高阶重构与Godunov型方法
4.3 绝热无黏理想气流
4.3.1 欧拉方程
4.3.2 黎曼求解器
4.3.3 欧拉方程的数值解
4.4 准一维拉瓦尔喷管流动
4.4.1 控制方程
4.4.2 数值解法
4.5 多维黏性可压缩气流的数值解
4.5.1 一维黏性流动
4.5.2 多维欧拉方程
4.5.3 多维黏性流动
4.6 湍流与燃气射流的数值仿真
4.7 自由射流CFD仿真方法简介
4.7.1 基于OpenFOAM求解自由射流
4.7.2 基于Fluent求解自由射流
4.7.3 数值解可视化
第5章 发射工程中的燃气射流动力学问题
5.1 大型火箭发射导流槽燃气排导问题
5.1.1 导流槽性能评价指标
5.1.2 导流槽设计方案
5.1.3 导流槽燃气流场数值仿真
5.1.4 数值仿真结果与实测结果验证
5.1.5 仿真结果分析
5.2 运载火箭发射喷水降温降噪问题
5.2.1 运载火箭发射喷水降温降噪技术
5.2.2 冷却水降温效果仿真研究
5.2.3 冷却水降温效果仿真结果分析
5.2.4 冷却水降噪效果仿真研究
5.2.5 喷水降噪效果仿真结果分析
5.3 机动发射问题
5.3.1 双面导流仿真计算
5.3.2 单面导流仿真计算
5.3.3 单面导流器排导规律研究
5.3.4 随形单面导流器导流效果研究
参考文献