拉瓦尔喷管是火箭发动机推力室的重要组成部分，其内外流场特性直接影响发动机的推力效率与全箭的气动性能。对喷管性能的精准预测，关键在于能否还原极端复杂的流场环境。
在喷管入口超高压高温、外部为高超声速来流的严苛工况下，流场中存在的巨大参数梯度、强烈的激波/膨胀波及二者间的干扰，对仿真方法的稳定性、精度和效率构成严峻挑战。实现对“火箭-喷管”一体化的内外流场高解析度模拟，是优化喷管型面设计、评估全箭气动性能，从而提升发射与航行效能的重要环节。
DIMAXER软件支持全速域可压缩流动的高精度计算，针对“火箭-喷管”一体化仿真涉及的高超声速流动，DIMAXER 软件的高阶算法能在巨大参数梯度下清晰、稳定地捕捉流动细节，有效避免激波附近的数值振荡与结果失真。
本文通过DIMAXER与某商业软件的结果对比，展示了DIMAXER软件在无物理简化、无经验模化的全尺度动态仿真方面的显著优势，为“火箭-喷管”一体化设计与性能评估提供了高可信度的仿真方案。
01 几何模型
“火箭-喷管”一体化几何及其流场域尺寸如下图所示：
02 网格划分
网格采用O-Block拓扑结构，并对壁面附近网格进行加密。在喷管壁面处，设第一层网格高度为0.02mm时，对应壁面y⁺值约为15-20。而常规高精度模拟要求y⁺≈5，通常需将网格细化至0.005mm左右——这意味网格量需大幅增加。相比之下，DIMAXER的高阶算法展现出独特优势：无需过度细化网格，凭较低网格量即可实现精细流场模拟，既可精准捕捉关键流动特征，又能在保证精度的同时有效平衡计算资源消耗。
本案例总网格量约72万，四阶计算精度下，等效求解点约4600万。
计算域及局部网格加密设置
03 计算设置
DIMAXER软件 NS K3求解器（四阶精度）
远场（far field）：（飞行高度20km）压力 6587Pa，来流马赫数 1.96，来流温度217K
入口（total pressure total temperature inlet）：总压 1866000Pa，总温 3800K
出口（pressure outlet）：6587Pa
壁面：绝热、无滑移
04 计算结果
将DIMAXER软件计算结果与某软件计算结果进行直观对比：
全场速度云图对比
喷管处速度云图对比
喷管处温度云图对比
喷管处压力云图对比
通过对全场速度云图的对比分析可见，DIMAXER与某软件在内外流全场的主要流场结构一致，头部激波形态与发展趋势吻合良好。喷管局部区域的速度、温度与压力云图对比也进一步表明，二者计算结果具有较高一致性。
此外，DIMAXER在捕捉喷管出口流动脉动与瞬态结构时表现出了更优的精度，能够在相同网格分辨率下解析更丰富的流动细节。
DIMAXER全场截面速度动图
DIMAXER喷管出口速度动图
DIMAXER喷管出口温度动图
沿下图所示位置提取观测线，对比DIMAXER与某软件的计算结果。
DIMAXER速度云图及观测线位置
在“火箭 喷管”一体化流场中，DIMAXER的瞬态结果随时间演变，在某软件的稳态结果附近波动，两者速度及温度时均值吻合良好。同时，也证实了DIMAXER的结果包含了某软件（RANS）所无法解析的丰富流动细节，体现了其在瞬态流动解析的优势。
DIMAXER与某软件
喷管出口速度时均对比
DIMAXER与某软件
喷管出口温度时均对比
DIMAXER（绿色点线）与某软件（红色实线）
喷管出口速度对比动图
DIMAXER（蓝色点线）与某软件（红色实线）
喷管出口温度对比动图
