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本文是以數值計算方式模擬二維紊性可壓縮噴流。文中採用minmod TVD 數值法解 Navier-Stokes 方程式。將無因次化守恆型態之統御方程式, 利用Beam & Warming 隱性近似法寫成 ADI 之數值方式,而以三對角化 矩陣( tridiagonal metrix )型態表示,再以LU分解法求解。至於紊流 模式方面,紊流黏度採 Prandtl 調混長度模式計算。研究目的在瞭解噴 流流場特性和噴流擴展率(或剪力層厚度變化)與噴流馬赫數 Rej 及雷諾 數 Mj 的影響,以作為增進噴流霧化的參考。本文取噴流出口馬赫數 Mj=0.5 , 1.0 , 1.5 及出口 雷諾數 Rej=10000 , 150000 分別模擬六種 噴流。結果可歸納如下: (1)由於噴流本身具流動不穩定性,容易放大速 度擾動,造成非穩態,會形成週期波動的現象。但是波動擾動情形影響剪 力層的擴展率甚小。 (2)基本上在噴流中心區域其密度較周遭來得低,溫 度則比較高,此顯示能量集中在中心區域上,而良好的噴流霧化效果即在 加速能量快速從中心區域散佈到噴流外圍流場。由觀察漩量大小可看出混 合最佳之處,不在噴流中心上而在靠近中心區域之兩側,考慮增進中心區 域之混合效果,可做為改善噴流霧化作用之參考。 (3)成形後之流場,剪 力層厚度幾乎成線性成長,勢流區長度約x/r=17.2。藉由理論所定義的虛 擬噴流原點,求出以虛擬噴流原點開始的剪力層厚度和噴流沿向最大速度 的關係式。結果顯示虛擬噴流原點在實際噴口的上游,其距離僅為雷諾數 的函數。至於噴流剪力層厚度之擴展及最大速度之衰減情形,與出口雷諾 數的關係並不大,但與出口馬赫數則有些微的關係。即剪力層厚度之擴展 為直線變化,將隨馬赫數增 最大速度衰減之情形,將隨馬赫數增加而稍 微減小。
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