固体火箭发动机内涡脱落引起压力振荡的现象可以导致发动机无法正常工作,虽然关于该问题已经开展了大量的试验和理论研究,但是应用数值模拟进行的研究还有待进一步推敲流动与声场的细节特征。本文基于ANSYS-FLUENT15.0软件,对有潜入式喷管,且有一个障碍的Ariane-5号缩比模型发动机的内流场进行数值计算,分析其流场特征、声场特征以及涡声耦合规律等。在进行发动机流场与声场特性研究之前,先分析一端封闭一端开口,且有一个障碍,具有简单的声腔结构的管道模型的流场与声场特征,以其模拟结果作为参考和对比。将发动机模型和管道模型的模拟结果对比分析,得出在大长径比声腔内,压力场更能代表声场特征,而速度场和涡量场更能反映流动特征,并得出关于声场和流动的几个共同特性。关于声模态:声腔内平均速度越大,越容易激发高阶声模态;声压波腹以及波节的位置会影响压力功率谱密度的幅值。关于流动发展:障碍处的强剪切产生障碍涡脱落,障碍下游为湍流发展,在接近管道出口和发动机喷管入口时,流动已经达到完全湍流状态。关于涡脱落特点:小涡的脱落频率随速度增加而增大,呈近线性关系,而大涡的频率则总是在各阶声频附近,即便障碍下游流动已经为湍流状态,声场依然可以通过控制小涡在脱落过程中和脱落后的运动过程中的结合,调节大涡频率与声频接近。此外,对比发动机模型与管道模型,得出发动机内的声场作用更强,涡声耦合作用更强。通过对发动机不同流速工况,速度、涡量和压力的综合分析,得出发动机内自持振荡现象的规律,以及涡声耦合对压力振幅的影响。本文中采用了新的改变喉径的方法来改变发动机内的平均流速,保证了在改变喉径的同时,涡脱落本身的特征不受几何变化的影响。通过改变发动机内障碍位置和潜入式喷管空腔的体积,得出了障碍位置与潜入腔体积对涡致压力振荡现象的影响。此外,在以往研究的基础上,本文提出了在研究障碍位置对压力振幅的影响时,需要把涡脱落频率与声频的关系考虑在内。本文特别关注了如何准确表示涡脱落频率。得出在一般适用的网格密度下,涡量功率谱密度分析结果的主频可以代表大尺寸涡的频率,而小尺寸涡的频率只能通过观察不同时刻的涡量云图得到。并验证了以往一些文章中用压力功率谱密度分析的主频代表涡脱落频率是不具普适性的。本文还明确了关于有歧义的发动机声腔长度的取法,通过数值模拟验证了发动机声腔长度应该取到潜入式喷管潜入腔的末端,而非喷管出口。