纤维素基凝胶推进剂性能测试与数值模拟研究

发布时间：2017-11-11 15:01

  本文关键词：纤维素基凝胶推进剂性能测试与数值模拟研究

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【摘要】：利用两亲性纤维素—羧甲基纤维素硝酸酯（CMCN）作为凝胶剂，通过工艺研究与配方优化，制备了几种燃速可控的凝胶推进剂；论文利用数值模拟技术对双股射流撞击的雾化形貌进行计算，通过数值模拟结果与真实雾化实验结果进行比对和分析，研究了双股撞击雾化形貌产生的机理。内容主要如下： 1、通过将含能液体组分与具有两亲性的纤维素混合醚酯CMCN按照一定的比例混合，，并按照特定工艺顺序加入不同种类不同含量的助剂，配制成具有一定力学性质的纤维素基高燃速凝胶推进剂，得到了7MPa下燃速范围在10~25mm/s系列可控凝胶推进剂体系。研究采用水下声发射法和能量理论计算等方法对所制备的凝胶推进剂的燃速、燃烧火焰和燃烧过程、能量特征参数进行研究与分析，同时对所得到的凝胶推进剂进行了摩擦感度及撞击感度的研究与分析，结果表明，所得到的凝胶推进剂理论比冲250s，燃烧温度25003500K。 2、凝胶推进剂体系安全性实验结果表明，在摆角66°，压力2.45MPa条件下，摩擦感度小于15%；在10kg重锤撞击下，125.86cm高度，爆炸概率20%；稳定性实验结果表明变稀剪切应力30Pa，体系在670g离心力作用下30min，推进剂液体析出率小于3%，同时没有固体沉析物出现。 3、通过试验与数值计算模拟方法的对比研究，对凝胶推进剂模拟液的双股撞击雾化形貌进行分析研究。试验模拟中采用高压输送系统与高速摄影技术相结合的方法对高速射流进行形貌捕捉，数值模拟以N-S方程（Navier-Stokes方程）和VOF（流体体积函数）方程为基本控制方程，采用标准k-ε湍流模型（标准湍流动能-黏性耗散率模型）进行计算（时间步长为0.000001秒）。通过对双股撞击雾化形貌模拟和实验的结果进行比较,验证了数值模拟的可靠性,并对试验模拟进行了细致分析。结果表明，数值计算分析方法可以对短暂的实验瞬间进行细致入微的观察和研究，能够展现肉眼及高速相机无法捕捉的视场信息。 4、在数值模拟和双股撞击雾化实验所获得的数据及经验基础上，本实验室设计与试制了小型雾化设备，为后续的点火实验及深入研究奠定了基础。
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V51

【参考文献】

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本文编号：1171870