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《超燃冲压发动机计算燃烧学》围绕超燃冲压发动机燃烧流动过程数学物理模型与数值计算方法进行讨论。首先，介绍了描述超燃冲压发动机内流燃烧过程的基本模型与方法，包括超声速湍流流动模型、超声速气流中的液体射流雾化蒸发及颗粒燃烧模型、超声速湍流燃烧火焰面模型、超声速湍流燃烧概率密度函数方法等。其次，介绍了超声速流场计算常用的数值方法，包括空间离散方法、时间积分方法和湍流入口边界条件等。最后，分析了计算燃烧学应用于实际超燃冲压发动机模拟的大规模高效并行问题，并给出一些应用实例。

丛书序

前言

第1章 概论1

1.1 超燃冲压发动机计算燃烧学概述/1

1.1.1 超燃冲压发动机简介/1

1.1.2 超燃冲压发动机计算燃烧学内涵/3

1.1.3 超声速湍流燃烧特点及数值计算困难/6

1.2 超燃冲压发动机计算燃烧学研究现状/8

1.2.1 超声速同轴射流燃烧/8

1.2.2 超声速气流中的横向射流燃烧/8

1.2.3 支板稳定的超声速燃烧/11

1.2.4 凹腔稳定的超声速燃烧/11

1.2.5 超燃冲压发动机中的气液两相燃烧/13

1.3 可压缩反应流基本控制方程/16

1.4 超燃计算的关键物理化学模型/18

1.4.1 雾化蒸发模型/19

1.4.2 层流有限速率化学反应模型/22

1.4.3 湍流燃烧火焰面模型/24

1.4.4 湍流燃烧PDF模型/26

1.5 本书内容简介/33

参考文献/34

第2章 超声速湍流流动模拟方法与模型51

2.1 湍流及其模拟方法概述/51

2.2 RANS模拟/53

2.2.1 Reynolds和Favre平均/53

2.2.2 湍流模型/57

2.2.3 模型对比与评述/68

2.3 大涡模拟/70

2.3.1 LES方法/70

2.3.2 混合RANS/LES方法/76

2.4 直接数值模拟/82

2.4.1 直接数值模拟方法概述/82

2.4.2 可压缩湍流的直接数值模拟算例/85

参考文献/90

第3章 超声速两相流模拟方法与模型93

3.1 基于界面追踪的一次雾化模拟/94

3.1.1 控制方程/94

3.1.2 数值计算方法/96

3.1.3 界面追踪方法在超声速两相流中的应用/100

3.2 基于界面捕捉的一次雾化模拟/104

3.2.1 控制方程/104

3.2.2 数值处理方法/105

3.2.3 界面捕捉方法在超声速两相流中的应用/110

3.3 基于液滴追踪的二次雾化模拟/116

3.3.1 液滴相控制方程/116

3.3.2 气液之间双向耦合/118

3.3.3 雾化模型/120

3.3.4 液体横向射流在超声速气流中破碎过程的数值模拟/126

3.4 液滴蒸发模拟/129

3.4.1 蒸发模型/129

3.4.2 液体煤油射流在超声速气流中蒸发过程的数值模拟/135

3.5 金属颗粒燃烧模拟/138

3.5.1 单颗粒铝氧反应/138

3.5.2 铝颗粒群在超声速气流中燃烧的数值模拟/144

参考文献/151

第4章 超声速湍流燃烧火焰面模型156

4.1 超声速湍流燃烧稳态火焰面模型/156

4.1.1 层流扩散火焰面模型/156

4.1.2 湍流燃烧火焰面模型/160

4.2 超声速湍流燃烧稳态火焰面模型修正/166

4.2.1 非均匀压力火焰面模型/168

4.2.2 代表性互动式火焰面模型/175

4.3 超声速非稳态燃烧火焰面模型/179

4.3.1 火焰面/进度变量模型/180

4.3.2 超声速气流中的修正方法/184

4.3.3 火焰面温度简化处理模型/186

4.3.4 DLR支板算例验证/189

4.3.5 并联凹腔燃烧算例验证/194

4.4 两相火焰面模型/197

4.4.1 两相火焰面模型物理描述/197

4.4.2 串联凹腔燃烧算例验证/199

参考文献/201

第5章 超声速湍流燃烧模拟概率密度函数方法204

5.1 设定型概率密度函数方法/204

5.1.1 数学模型和数值方法/205

5.1.2 算例验证/208

5.2 输运型概率密度函数方法/214

5.2.1 输运型概率密度函数方法概述/214

5.2.2 超声速LES-标量FMDF方法/219

5.2.3 LES-FMDF方法在高速流中的应用/225

参考文献/234

第6章 数值方法237

6.1 概述/237

6.1.1 网格生成方法/237

6.1.2 曲线坐标系下的无量纲N-S方程/238

6.1.3 坐标变换/239

6.1.4 空间离散形式/240

6.2 激波捕捉格式/241

6.2.1 传统的激波捕捉格式/241

6.2.2 经典的激波捕捉格式/243

6.2.3 一类高精度的激波感知器/251

6.2.4 高效自适应EWENO型激波捕捉格式/252

6.3 线性差分格式及混合格式/253

6.3.1 紧致差分格式/253

6.3.2 中心差分格式/255

6.3.3 混合格式/261

6.4 时间积分方法/276

6.4.1 显式Runge-Kutta方法/277

6.4.2 隐式双时间步法/278

6.5 湍流入口边界条件/283

6.5.1 数值滤波法/284

6.5.2 回收-调节法/287

参考文献/289

第7章 超燃冲压发动机计算燃烧学应用295

7.1 概述/295

7.2 高效并行计算技术/297

7.2.1 MPI＋OpenMP两级混合并行算法/297

7.2.2 CPU＋GPU异构并行算法/304

7.3 超燃冲压发动机非稳态燃烧流动过程模拟/308

7.3.1 燃料喷注及混合特性数值模拟/308

7.3.2 点火及燃烧特性数值模拟/320

7.3.3 内外流一体化数值模拟/344

参考文献/348

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书籍介绍

《超燃冲压发动机计算燃烧学》围绕超燃冲压发动机燃烧流动过程数学物理模型与数值计算方法进行讨论。首先，介绍了描述超燃冲压发动机内流燃烧过程的基本模型与方法，包括超声速湍流流动模型、超声速气流中的液体射流雾化蒸发及颗粒燃烧模型、超声速湍流燃烧火焰面模型、超声速湍流燃烧概率密度函数方法等。其次，介绍了超声速流场计算常用的数值方法，包括空间离散方法、时间积分方法和湍流入口边界条件等。最后，分析了计算燃烧学应用于实际超燃冲压发动机模拟的大规模高效并行问题，并给出一些应用实例。