● 摘要
喷管是火箭发动机的主要部件之一，其作用是产生推力。对喷管内流场进行数值模拟，可以深入了解发动机内部流动过程的细节，并可以获得喷管，乃至整个发动机的性能参数。本文研制了一套火箭发动机喷管内流场数值模拟软件“MISRENFF”（Multi-model Integrated Simulator for Rocket Engine Nozzle Flow Field），它集成了多种喷管流场仿真模型，包括二维、三维及轴对称等模型，冻结流、平衡流、非平衡流模型，无粘（Euler）模型和有粘（NS）模型，以及单相和两相流动模型，可用于液体火箭发动机和固体火箭发动机喷管内流动的数值仿真。不同的研究者在进行仿真计算时根据需要可选择不同模型。不同模型最终的计算结果的差异反映出了喷管在不同物理、化学和几何因素下的性能损失。喷管内流场数值仿真软件“MISRENFF”的程序主体部分采用Tcl/Tk实现，软件包括工程管理、几何型面录入、计算网格生成，以及化学动力学模型设置、边界条件输入、计算的过程控制、实时动态显示、计算结果的后处理等功能。整个软件依据上述这些功能的不同采用了模块化设计，模块具有相对的独立性—每个模块具有独立的目标和功能，并且每个模块由独立的文件实现。主控程序只是负责根据用户需求选择相应模块，并将用户选择的模块以一定方式连接起来。这样的设计使得软件的使用方式非常清晰，对于开发者来说又利于改进与更新。论文最后以火箭发动机喷管内的化学非平衡流动和两相流动仿真为例介绍了“MISRENFF”软件的具体运行情况，给出了典型的计算结果并进行了分析，表明该软件在模拟火箭发动机喷管内流场时使用方便，结果可靠。