Page 148 - 《爆炸与冲击》2026年第9期

第 46 卷 齐 治，等： 品字形三喷管火箭橇射流-地效耦合机理及其布局效应 第 9 期

况，计算域底部设置了地面平面，其高度 h 根据 表 2 数值模拟工况参数
工况定义。 Table 2 Working condition parameters of
2.1.2 网格划分及无关性验证 numerical simulation
图 5 为不同网格密度下工况 3 的射流轴线 工况编号 地面存在性 s/d h/d
速度 v 随传播距离 l 的变化。图 6 给出了各工 1 无 7 −
j
j
况网格结构示意图，为方便显示，网格已粗化显 2 无 1 −
示。通过 ICEM CFD 软件将计算全域划分为结 3 有 1 2
构化六面体网格。为了提高精度，在喷管出口附 4 有 1 5.5
近、射流交汇区、地面冲击区和涡结构预期发展
区域进行了网格局部加密。

2 000 Pressure Pressure
4 mm far field far field
1 600 2 mm
1 mm
v j/(m·s −1 ) 1 200
800

400 Pressure Pressure Wall
inlet Wall inlet
0 2 4 6 8 10 12 14 (a) With ground effect (b) Without ground effect
l j/m
图 6 典型工况计算域网格示意图
图 5 不同网格密度下工况 3 轴线速度 Fig. 6 Grid diagrams for typical operating condition
随传播距离的变化（t=60 ms）
Fig. 5 Variation of axial velocity with travel distance
for case 3 under different grid densities (t=60 ms)

网格无关性验证选取流场最复杂的工况 3 在 60 ms 时的流场状态作为验证对象。选取最小网格尺
寸分别为 4、2 和 1 mm，总网格数分别为 650 万、850 万、1 100 万的 3 套方案。图 5 对比了 3 种网格方案
下的轴线速度分布。随着最小网格尺寸从 4 mm 细化至 1 mm，计算结果的最大差异仅为 1.2%，数值随网
格加密呈现出良好的单调收敛性，这反映了加密网格对减少数值耗散、更精确捕捉激波及剪切层的有效
性。可以认为计算结果已不再依赖于网格尺度。出于对计算时间的考虑，选用总网格量为 650 万的网格
方案进行计算，其结果是网格无关的，能够精确捕捉本研究关注的核心物理过程。工况 1～4 的六面体
网格数量分别约为 550 万、500 万、650 万和 700 万。

2.2 数学模型
2.2.1 控制方程
采用三维可压缩雷诺平均 Navier-Stokes 方程组描述燃气射流动力学过程，其具体形式为质量守恒
方程、动量守恒方程和能量守恒方程 [13] 。
2.2.2 湍流模型
为模拟火箭射流中存在的复杂湍流效应，采用可实现的 k-ε 湍流模型 [14] ，该模型对射流、混合层及
带有逆压梯度的流动具有较好的预测精度，已被广泛用于火箭喷流研究 [8-9] 。尽管其对强分离流的预测
可能存在一定局限，但后续与试验结果的对比验证表明，该模型在当前研究中能够较好地捕捉核心流场
特征，模型控制方程如下。
湍动能输运方程：
ïÅ ã ò
∂(ρk) µ t
+∇·(ρku) = ∇· µ+ ∇k +G k +G b −ρε−Y M (1)
∂t σ k
µ t = ρC µ k /ε 为湍流黏度，其
2
式中： ρ 为密度； k 为湍动能；t 为时间； u 为平均速度矢量； µ 为分子动力黏度；

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