导弹水下点火发射具有高隐蔽性和强机动性等突出优点,但同时也涉及到水下点火瞬间燃气喷管高速射流这一复杂的物理过程。由于不同介质间密度差异的影响,喷管外水流场的背压将会限制燃气的迅速扩散,大量喷入水中的燃气形成燃气泡,在水中以很快的速度膨胀,燃气泡的发展会对导弹载荷和运动产生影响,点火瞬间燃气射流流场物理变化非常迅速,气流中会出现复杂激波系的动态传播等,是一个涉及可压与不可压缩相的非稳态两相流动问题。本文在系统考察了商业软件Fluent的核心算法和理论基础之后,通过选择调整的现有算法,结合本人自行编制的UDF程序,建立了非定常条件下粘性、可压、二维轴对称燃气射流的数学模型,对不同水深导弹水下点火过程、不同扩张比喷管水下燃气射流流场进行了数值模拟。给出了典型时刻燃气射流流场的温度、马赫数、燃气体积分数分布图以及喷管射流产生的推力随时间的变化曲线,从图中可以看到在燃气泡发展过程中各参数的动态发展变化趋势及复杂的激波系形状,同时对各个时刻的燃气射流流场特点进行了分析并将某些方案的实验测量和数值模拟结果进行了对比。研究结果表明,点火初期,由于水的密度远大于燃气,其惯性阻滞作用很大,燃气在喷管底部出现翻卷现象,燃气泡径向尺寸发展速度大于其轴向发展,随着射流的发展,喷管底部聚集的燃气在主流区燃气的携带作用下重新被卷吸回到主流区。射流发展到一定程度后,燃气泡会出现破裂、脱落、颈缩等剧烈变化现象。流场中出现复杂的波系生成与运动,欠膨胀状态下,流场中波系比较复杂;过膨胀状态下,波系较为简单。射流初期,流场中压力特别是喷管底部压力和喷管推力出现剧烈脉动,推力在脉动后迅速达到稳定值,其随时间的变化趋势与喷管进口总压变化曲线一致。推力随工作水深的增加而减小。考虑了三维效应的喷管水下燃气射流在整体上仍基本呈现关于喷管轴线对称的性质。除部分流场细节外,三维喷管燃气射流计算结果与轴对称喷管基本一致。本文所采用的计算方法可以较为全面反映水下燃气喷管射流形成的物理过程,得到了丰富的计算数据,成功分辨捕捉了流场中复杂的动态激波结构以及燃气泡的成长过程,比较准确地预测平均压力和喷管推力,数值模拟结果与实验结果吻合较好,误差<5.0%。本文的研究结果将有助于对水下燃气射流场的认识,并作为喷管设计与结构优化的参考。