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HAN基单组元火箭发动机流动与传热仿真研究

发布时间:2022-02-20 23:43
  单组元液体火箭发动机具有体积小、结构简单、控制精度高等优点,广泛应用于火箭、卫星等航天器的姿态及轨道控制。推进剂方面,相比于肼类推进剂,以硝酸羟胺及(HAN)推进剂为代表的新型绿色推进剂由于其高比冲、低毒性成为了各国研究的热点。本文针对HAN基单组元液体发动机,提出了描述推进剂分解反应的仿真模型,计算了发动机非定常启动过程中参数的变化,完成了150 N发动机的三维稳态工作过程仿真。本文首先以多孔介质理论为基础,并结合多相流VOF方法和催化剂滴定实验建立了可以简化单组元发动机流动与传热问题的仿真模型。该模型将液体推进剂的催化分解过程简化为两个独立的过程:相变反应的质量传递过程和能量释放的升温过程,通过增加动量源项和能量源项来模拟推进剂在催化床内部的流动与传热问题,从而获得较为准确的催化床和燃烧室内的温度分布和压力变化。进一步,以一维管道流动为基础,并结合本文提出的仿真模型,编写了单组元发动机非定常起动过程的计算程序。以化学平衡计算得到的高温燃气作为入口条件,时间推进采用三阶Runge-Kutta方法,方程离散采用三阶WENO格式,通过非定常计算获得了发动机启动过程中催化床温度和压力变化曲... 

【文章来源】:大连理工大学辽宁省211工程院校985工程院校教育部直属院校

【文章页数】:57 页

【学位级别】:硕士

【文章目录】:
摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 催化分解实验研究
        1.2.2 分析模型和数值方法研究
    1.3 本文研究内容及目标
2 HAN基单组元发动机工作过程的仿真模型
    2.1 多相流VOF模型简述
    2.2 控制方程
    2.3 多孔介质模型
        2.3.1 多孔介质的描述
        2.3.2 多孔介质的结构参数
        2.3.3 多孔介质流动的数值方法
    2.4 分解模型
        2.4.1 推进剂分解模型
        2.4.2 推进剂分解速率测定
        2.4.3 推进剂性质及能量释放
    2.5 本章小结
3 HAN基发动机起动过程的一维非定常计算
    3.1 控制方程
        3.1.1 流体控制方程
        3.1.2 固体能量方程
    3.2 数值仿真方法
        3.2.1 有限体积WENO格式
        3.2.2 TVD格式Runge-Kutta时间推进方法
    3.3 非定常计算结果与分析
        3.3.1 催化床压力变化
        3.3.2 催化床温度变化
    3.4 参数变化的影响
        3.4.1 孔隙率对压降的影响
        3.4.2 对流换热系数对温度影响
    3.5 本章小结
41 50N发动机的仿真与分析
    4.1 发动机模型
        4.1.1 物理模型
        4.1.2 计算网格
    4.2 FLUENT参数设置
    4.3 网格相关性验证
    4.4 仿真结果及对比分析
        4.4.1 发动机三维模型仿真结果
        4.4.2 试验数据对比分析
    4.5 低效率催化数值模拟
    4.6 本章小结
5 结论与展望
参考文献
攻读硕士期间发表的学术论文情况
致谢


【参考文献】:
期刊论文
[1]HAN基无毒单元发动机常温启动技术研究[J]. 白梅杉,戴佳,姚天亮,杨明磊.  宇航总体技术. 2019(02)
[2]硝酸羟胺基单组元发动机起动过程数值模拟[J]. 孙得川,金东洙,于泽游.  兵器装备工程学报. 2018(05)
[3]颗粒无序分布的堆积床内部流动与传热分析[J]. 孙得川,曹梦成,刘俊,林庆国.  推进技术. 2018(03)
[4]硝酸羟铵基无毒单组元推进剂应用探讨[J]. 周悦,公绪滨,方涛.  导弹与航天运载技术. 2015(04)
[5]基于1N级ADN推力器结构参数优化的仿真研究[J]. 张涛,李国岫,虞育松,李岩,王梦,陈君.  载人航天. 2015(03)
[6]基于孔喉模型的多孔介质对流换热系数的分形研究[J]. 郑坤灿,侯戎彬,王景甫,任雁秋,李保卫,姜亚玲,武文斐.  科学技术与工程. 2014(28)
[7]ADN的性质及其在单元推进剂中的应用[J]. 王学敏,刘海洲,许华新,陈兴强,王连心.  化学推进剂与高分子材料. 2014(03)
[8]Forchheimer型非达西渗流参数特征分析[J]. 张文娟,王媛,倪小东.  水电能源科学. 2014(01)
[9]含HEHN的HAN基单元推进剂[J]. 张志勇,滕奕刚,陈兴强,桂林,于海成,初白玲.  化学推进剂与高分子材料. 2011(05)
[10]多孔介质通道中单相流阻力特性数值模拟[J]. 于立章,孙立成,孙中宁.  原子能科学技术. 2010(12)

博士论文
[1]HAN基液体推进剂高压燃烧特性的实验研究与数值模拟[D]. 潘玉竹.南京理工大学 2013

硕士论文
[1]基于Sierpinski分形原理的多孔介质内流动与传热的研究[D]. 柳阿亮.南昌大学 2018
[2]燃煤超细颗粒物聚并数值模拟研究[D]. 李怀亮.华北电力大学 2013



本文编号:3636047

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