环喉型圆锥塞式喷管的水下流动分离特性

将塞式喷管概念扩展到水下固体火箭发动机应用领域，为了研究高背压环境下塞式喷管的水下流动分离特性，建立水下塞式喷管流动分析模型，并采用流体体积法(vof)两相流模型对设计马赫数2.0的环喉型圆锥塞式喷管水下工作时的过膨胀流场进行了气/水耦合数值模拟，计算考虑了气体的压缩性和粘性。计算结果显示:圆锥塞式喷管在水下的过膨胀流动也存在间歇性的颈缩、胀鼓以及回击等不稳定现象；与空气环境下的工作条件不同，气/水界面表现出类似于壁面的约束作用，塞锥外流场形成的波系结构由塞锥壁面和内喷管出口下游气/水界面共同决定；水下超声速气体射流的不稳定振荡引起喷管出口背压和气/水界面的脉动，塞锥表面的分离流场随射流的振荡而变化，根据流场激波结构以及塞锥表面分离特征的不同，可以区分为5种不同的分离流动形态；塞式喷管在水下和空气环境下的分离流动振荡的驱动机理不同，水下分离流场的振荡主要受气/液两相相互作用诱导的射流振荡过程的影响，分离流场附近壁面压强振荡频率覆盖0~1000hz范围内的较宽频带，且没有显著的特征频率。