应用保角变换法的亚音速矩形湍流射流理论研究

为求解亚音速矩形湍流射流的速度场结构,采用复变函数中的保角变换法将圆形喷口平面转化为矩形喷口平面;进而将已有的关于轴对称喷口射流流场的相关理论拓展到矩形喷口射流研究中,避免了在数值模拟中引入辅助方程、离散化、设置边界条件来求解三维N-S方程。通过该方法得到了矩形喷口宽高比AR分别为2、4、8时对射流结构的定量影响;求出了喷口尺寸为1×5mm2、喷口马赫数Ma=0.3时,喷口对称中心的宽、窄对称面内的速度云图。结果表明:宽高比AR越大,射流核心段长度越长,轴向衰减越慢;喷口面积为10cm2、20cm2时,加大宽高比可以缩短核心段长度且可加快轴向速度衰减,在射流宽、窄对称面都存在射流核心区与衰减区。首次提出速度分布的"马鞍面"主要集中在射流核心段内。通过与现有实验研究结果对比发现:核心段长度误差最小达到30%;轴向速度分布与实验结果吻合度也很高,误差在5%以内。因此,本文理论研究的正确性得到验证。本文所得结论可为进一步研究亚音速矩形射流结构与矩形喷口参数优化设计提供参考。