简介

收缩扩张喷管（也成拉瓦尔喷管）广泛应用于火箭推进。将其流动特性定性描述如下：

（1）当入口流量较小时，不出现雍塞，流速先增大后减小，全程为亚声速。出口压力即为大气压，入口压力由出口压力决定。

（2）当入口流量较大时，出现雍塞，流速先增大到声速（喉部位置）然后继续加速到超声速。如果不出现气流分离现象，那么出口压力与大气压无关，而由入口压力决定。而入口压力由流量决定。

（3）特殊地，如果喷管的面积比（出口面积/喉部面积）较大，则有可能出现气流分离现象。此时射流核心区的压力由入口压力决定，回流区的压力由大气压力决定。

可见为了完成收缩扩张喷管的数值仿真，必须设置合理的边界条件。

接下来给出OpenFoam中边界条件的设置

设置方法

leftWall是喷管入口，rightWall是喷管出口，upWall是喷管壁面，downWall是中心对称轴。front和back是楔形面。使用可压缩气体求解器rhoPimpleFoam。

设置压力边界条件如下：

dimensions      [1 -1 -2 0 0 0 0];

internalField   uniform 101325;

boundaryField
{
    leftWall
    {
        type            zeroGradient;
    }

    rightWall
    {
        type            waveTransmissive;
        field           p;
        psi             thermo:psi;
        gamma           1.4;
        fieldInf        101325;
        lInf            3;
        value           uniform 101325;
    }

    upWall
    {
        type            zeroGradient;
    }

    downWall
    {
        type            symmetryPlane;
    }

    front {type wedge;}
    back {type wedge;}
}

温度边界条件如下：

dimensions      [0 0 0 1 0 0 0];

internalField   uniform 300;

boundaryField
{
    leftWall
    {
        type            fixedValue;
        value           uniform 3100;
    }

    rightWall
    {
        type            zeroGradient;
    }

    upWall
    {
        type            zeroGradient;
    }

    downWall
    {
        type            symmetryPlane;
    }

    front {type wedge;}
    back {type wedge;}
}

速度边界条件如下：

dimensions      [0 1 -1 0 0 0 0];

internalField   uniform (0 0 0);

boundaryField
{
    leftWall
    {
        type            fixedValue;
        value           uniform (6 0 0);
    }

    rightWall
    {
        type            zeroGradient;
    }

    upWall
    {
        type            noSlip;
    }

    downWall
    {
        type            symmetryPlane;
    }

    front {type wedge;}
    back {type wedge;}
}