新一代CAE/CFD

　　超音速喷射器具有结构简单、成本低廉、使用寿命长、维护费用低等优点，广泛用于制冷、海水淡化、燃料电池等系统。由于其独特的气体增压方式，超音速喷射器被认为是系统的核心部件之一。在超音速喷射器内部,存在气体跨音速流动、高强度湍流、激波、流体混合等复杂现象，其内在机理非常复杂。

　　为改进喷射器的性能，工程师致力于找到最佳设计及操作条件，准确描述喷射器装置内的流动具有重要的理论意义和应用价值。本算例基于Dimaxer 2024R1，对超音速喷射器内部流动进行大涡模拟，并与雷诺平均方法(RANS)进行对比。

　　01 模型与计算网格

　　Models and computational meshes

　　超音速喷射器通过高速气体的引射作用来抽取低压气体，并在两股气体混合的过程中完成能量交换。模型依据参考文献1和文献2中的参数搭建，如下图所示：

　　计算网格使用全六面体网格(Hex8)，总计算网格数约100W, 网格及其质量如下图：

　　02 边界条件

　　Boundary conditions

• 边界条件相关参数

• 初场设置

　　由于存在两个进口，且两股来流的状态不同，分别设置了初场，针对主流区和二次流区的初场设置参数如下图所示：

　　主流对应的初场

　　二次流对应的初场

　　该案例约100W网格，四阶精度求解，共6400W求解点，使用了2张4090GPU卡，共计算约15个流动周期(以主流流动的特征长度和进口速度计算)，计算完成约需要86个小时。

　　03 计算结果

　　Calculation results

• 速度场

　　Dimaxer 2024R1计算得到的速度场可以看出：主流经过喷嘴的收缩段加速，在喉部达到音速条件，在下游混合段主流和二次流进行进行混合，在扩散段进一步扩散，并逐渐趋于停滞状态。

　　本算例也是某商软官方算例库内容，基于雷诺平均(RANS)的k-ε湍流模型，如下图所示：

　　某商软计算结果

　　Dimaxer计算结果

　　Dimaxer 2024R1使用的是大涡模拟方法，可以看到，相比雷诺平均方法，Dimaxer可以更好的模拟出湍流结构。

　　总 结

　　基于Dimaxer 2024R1计算得到了超声速喷射器的基本流场信息，相比雷诺平均方法(RANS)，Dimaxer采用大涡模拟可以得到更为精细的湍流结构，验证了Dimaxer 对于类似的复杂内流问题的适用性。

　　另外，Dimaxer 计算效率出色，获得该案例的LES计算效果需要较低的硬件成本和时间成本。

　　【参考文献】

　　[1] Bouhanguel A , Desevaux P , Gavignet E .Flow visualization in supersonic ejectors using laser tomography techniques[J]. International Journal of Refrigeration, 2011, 34(7):1633-1640. DOI:10.1016/j.ijrefrig.2010.08.017.

　　[2]https://cn.comsol.com/model/supersonic-air-to-air-ejector-43921.