固体火箭冲压发动机补燃室气粒反应流数值模拟

发布时间：2017-06-18 19:26

  本文关键词：固体火箭冲压发动机补燃室气粒反应流数值模拟，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 本文研究和总结了金属颗粒燃烧的数学物理模型，并利用FLUENT软件对补燃室二维流场的气粒两相燃烧过程采用颗粒轨道模型进行了数值模拟，其中铝颗粒的燃烧模型采用蒸发扩散模型。探索并建立了发动机补燃室气粒两相反应流模型，并在该模型下对某实验发动机进行了模拟，得出颗粒在补燃室内的燃烧和掺混的一些现象和规律。结果表明：补燃室内的流场极为复杂，存在三个旋涡；补燃室内压强分布均匀，温度分布不均匀且变化梯度大；增大颗粒直径，铝颗粒燃烧效率减小，颗粒随流性变差，补燃室头部温度下降明显，补燃室平均温度和壁面温度亦有下降；增大空燃比，补燃室头部轴线温度升高，燃气完全燃尽所需的补燃室长度减小，有利于发动机重量的减轻，颗粒燃烧效率增加明显，补燃室后部温度下降，壁面温度下降，有利于热防护；当颗粒的含量增大时，补燃室头部温度明显增加，补燃室平均温度和壁面温度随金属含量的增加而升高，但上升幅度不大，颗粒燃烧效率提高；当空域发生变化时，随着高度增加，颗粒燃烧效率明显下降，在补燃室开始蒸发所需要的时间和补燃室长度增大，补燃室热防护要求提高；对于颗粒直径较大，空燃比较小，空域高度很高等不利的条件下，补燃室长度对燃烧效率至关重要，随着长度增加，颗粒燃烧效率逐渐增加。
【关键词】：补燃室 铝颗粒的燃烧效率 两相反应流 数值模拟
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：V435.12
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-5
• 目录5-8
• 1 绪论8-23
• 1.1 固体火箭冲压发动机的发展概况8-9
• 1.2 固体火箭冲压发动机国内外研究进展9-12
• 1.3 固体火箭冲压发动机研制的关键技术12-13
• 1.4 计算流体力学和计算燃烧学技术的发展13-15
• 1.4.1 计算流体力学的发展13-14
• 1.4.2 计算燃烧学的发展14-15
• 1.5 补燃室燃烧流场数值模拟的意义及研究现状15-20
• 1.5.1 国外(包括中国台湾)补燃室数值模拟的现状16-18
• 1.5.2 国内补燃室数值模拟的现状18-20
• 1.6 补燃室中气凝两相燃烧流场数值模拟的意义20
• 1.7 本论文的主要研究工作20-23
• 2 金属粒子的燃烧23-37
• 2.1 研究金属凝相颗粒燃烧和掺混的意义和现状23
• 2.2 贫氧推进剂的主要种类及性能23-26
• 2.2.1 贫氧推进剂的分类23-24
• 2.2.2 铝镁贫氧推进剂研究进展24-25
• 2.2.3 铝粉和镁粉对贫氧推进剂的作用25-26
• 2.3 铝镁等轻金属燃烧的理论和进展26-29
• 2.4 蒸气相扩散燃烧机理29-31
• 2.4.1 薄火焰模型29-30
• 2.4.2 扩散火焰模型30-31
• 2.5 多相机理与复合机理31-32
• 2.5.1 多相机理32
• 2.5.2 复合机理32
• 2.6 动力控制机理32-35
• 2.7 铝的燃烧过程及其数理模型35-37
• 3 气粒两相燃烧的数值方法37-51
• 3.1 固冲发动机补燃室流场简化假设37
• 3.2 两相流及其研究方法37-39
• 3.2.1 单流体模型38
• 3.2.2 小滑移模型38-39
• 3.2.3 双流体模型39
• 3.2.4 颗粒轨道模型39
• 3.3 湍流流动模型39-42
• 3.4 湍流燃烧模型42-43
• 3.5 FLUENT软件中两相流的处理43-44
• 3.5.1 离散相模型43
• 3.5.2 多相流模型43-44
• 3.6 非预混平衡化学反应的模拟方法44-48
• 3.6.1 概率密度函数(Probability Density Function)45-46
• 3.6.2 单一混合分数法46
• 3.6.3 二混合分数法46-47
• 3.6.4 离散相粒子的入射方式47-48
• 3.6.5 离散相粒子的径粒分布48
• 3.7 边界条件与流场的初始化48-50
• 3.7.1 边界条件48-49
• 3.7.2 流场的初始化49-50
• 3.8 本课题的计算方法50-51
• 4 固冲压发动机补燃室气粒两相燃烧流场数值模拟51-88
• 4.1 物理模型及计算方案52-53
• 4.2 液滴的传质与传热53-56
• 4.3 补燃室内流场状态参数的分布56-67
• 4.4 颗粒轨迹运动分析67-68
• 4.4.1 不同空燃比下颗粒的轨迹67
• 4.4.2 不同粒径下颗粒的轨迹67-68
• 4.4.3 不同空域下颗粒的轨迹68
• 4.4.4 不同金属粉末含量时的轨迹68
• 4.5 燃烧效率分析的方法68-69
• 4.6 不同粒径对燃烧的影响69-73
• 4.6.1 不同粒径对流场的影响69-72
• 4.6.2 不同粒径对颗粒燃烧效率的影响72-73
• 4.7 不同空燃比的影响73-78
• 4.7.1 不同空燃比对补燃室流场参数的影响73-77
• 4.7.2 颗粒燃烧效率与空燃比的关系77-78
• 4.8 一次燃烧产物中燃料配比的影响78-82
• 4.8.1 金属粉末的含量对流场参数的影响78-81
• 4.8.2 金属颗粒的含量对燃烧效率的影响81-82
• 4.9 空域变化的影响82-86
• 4.9.1 空域变化对流场的影响82-86
• 4.9.2 空域变化对燃烧效率的影响86
• 4.10 补燃室长度对燃烧效率的影响86-88
• 5 结论与展望88-91
• 5.1 结论88-89
• 5.2 展望89-91
• 致谢91-92
• 参考文献92-95

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 金楠楠;严聪;李敏剑;;空燃比对固冲发动机二次燃烧的影响研究[J];弹箭与制导学报;2010年05期

2 张磊;周长省;鞠玉涛;胡志刚;;冲压增程炮弹补燃室内铝镁推进剂燃烧流场数值模拟[J];南京理工大学学报;2011年03期

3 金楠楠;严聪;李敏剑;;EPDM绝热层的热化学烧蚀机理[J];宇航材料工艺;2010年05期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 张永芝;傅安;;超声速补燃室流场数值模拟[A];力学与工程应用[C];2012年

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 韩超;高金属含量镁基燃料水冲压发动机稳态燃烧机理研究[D];国防科学技术大学;2011年

2 王德全;固体火箭冲压发动机补燃室粒子沉积与绝热层烧蚀过程研究[D];国防科学技术大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 王喜耀;固体燃料冲压增程炮弹内流场数值模拟研究[D];南京理工大学;2008年

2 韩光;超细粉尘凝并装置中产涡段优化布置的研究[D];华北电力大学;2013年

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本文编号：460609