题目：湿空气在Laval喷管内的凝结及其对流动的影响研究

跨音速流动中的非平衡凝结导致潜热的释放和液滴的自发凝结过程。本文对Laval喷管和超声速旋流分离器内的湿空气凝结流动进行了数值模拟和实验研究。 首先，通过将N-S方程与凝结控制方程耦合求解的方法，在不同落压比,不同初始相对饱和度的条件下，对Laval喷管中的凝结流动进行了数值模拟。结果表明：在收扩喷管内的高速膨胀流动中，冷却速率越大，成核率越高。凝结潜热的释放使流场的总温升高，音速线后移。在其它条件一定的情况下，放热量取决于喷管进口的初始相对饱和度。初始相对饱和度越大，放热量越大。喷管在亚音速工作状态下的凝结效率明显低于工作在超音速状态下的情况。其次，对超音速旋流分离器的三维模型进行了数值模拟。对不同的背压条件下的旋流流场进行了研究。旋流的存在使得在同一轴向位置上，环腔外壁面比内壁面的静压值偏高。与干空气相比，工质为湿空气时，由于潜热的释放，喷管扩张段静压偏高。背压的变化对扩压段内的流动及成核率有较大的影响。最后，通过加湿系统的验证实验，确定了实验的加湿方案，通过超音速旋流分离实验，研究了旋流分离器内的流动变化规律。并进行了数值模拟结果和实验结果的对比分析，结果表明数值模拟的方法是有效的。