固体火箭超燃冲压发动机燃烧室气固两相掺混特性研究

发布时间：2021-05-17 15:31

　　固体火箭超燃冲压发动机喷注器与燃烧室中的气固两相流动是较为复杂的超声速两相流动过程,涉及到颗粒与气体之间的相互作用与对流换热以及颗粒相与壁面的碰撞过程等。本课题拟通过合适的数值模型,分别对发动机喷注器与燃烧室内的超声速气固两相流动进行三维数值计算分析,总结基本流动规律,并在此基础上,进行结构优化,并初步探索燃烧室内的气固两相流动燃烧过程。首先基于试验,根据SST k-ω湍流模型与DPM离散相随机游走模型建立气固两相超声速流动与喷射基本模型。采用涡耗散/有限速率模型以及颗粒相多表面反应模型来分别描述气相与颗粒的燃烧过程。接着对喷注器内气固两相流动进行了分析,并探求了颗粒相质量分数、颗粒粒径以及出口背压对气固两相流动掺混的影响。研究表明,采用喷管构型的喷注器内,气固两相流动与纯气相流动有较大差别。颗粒相的作用,包括直径,质量分数的变化等会对喷注器出口气固两相燃气的质量流量分布产生较大影响。这对后续燃气分流会产生较大的影响,如果设计不合理很容易出现燃料流量分配不均匀的情况,从而影响喷注掺混的效率。此外,喷注器内气固两相流动对出口背压较敏感,在工作状况下,背压很容易过大,使得喷注器出现不能正常... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：88 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究的目的和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 液体燃料超燃冲压发动机研究现状
        1.2.2 采用固体燃料的超燃冲压发动机研究现状
        1.2.3 气固两相流动与燃烧研究现状
    1.3 本文的主要研究内容
第2章 三维气固两相超声速湍流燃烧数值模型建立
    2.1 引言
    2.2 气相数值模型建立
        2.2.1 气相湍流模型
        2.2.2 气相湍流燃烧模型与化学反应机理
    2.3 颗粒相数值模型建立
        2.3.1 颗粒相湍流运动模型
        2.3.2 颗粒相燃烧机理与模型
    2.4 组分简化与物性处理
    2.5 模型验证
        2.5.1 气相超声速流动验证
        2.5.2 气固两相超声速冷态喷射掺混验证
    2.6 本章小结
第3章 固体火箭超燃冲压发动机喷注器内气固两相喷射掺混规律研究
    3.1 引言
    3.2 喷注器内气固两相基本流动掺混规律
        3.2.1 网格无关性与模型验证
        3.2.2 二维与三维数值模型对比验证
        3.2.3 气固两相基本流动换热分析
    3.3 喷注器内气固两相基本流动规律影响因素分析
        3.3.1 颗粒相直径
        3.3.2 颗粒相质量分数
        3.3.3 喷注器出口背压
    3.4 本章小结
第4章 固体火箭超燃冲压发动机超声速燃烧室内气固两相喷射掺混规律研究
    4.1 引言
    4.2 超声速燃烧室内气固两相基本喷射掺混规律分析
        4.2.1 模型建立
        4.2.2 基本流动掺混规律分析
    4.3 超声速燃烧室内气固两相喷射掺混影响因素分析
        4.3.1 颗粒相质量分数
        4.3.2 颗粒相直径
        4.3.3 喷注器位置
        4.3.4 喷注器喷注角度
    4.4 本章小结
第5章 固体火箭超燃冲压发动机结构优化与气固两相掺混燃烧特性研究
    5.1 引言
    5.2 基于发动机优化结果的流动掺混分析
        5.2.1 发动机构型优化
        5.2.2 气固两相流动掺混分析
    5.3 全尺度发动机气固两相湍流燃烧计算分析
        5.3.1 二维流动掺混燃烧分析
        5.3.2 三维流动掺混燃烧分析
    5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文及其它成果
致谢



本文编号：3192006