某型号固体火箭发动机长尾喷管热问题的研究

发布时间：2017-12-18 08:28

  本文关键词：某型号固体火箭发动机长尾喷管热问题的研究

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【摘要】：长尾喷管是固体火箭发动机中最关键的部件之一,其内部工质为高温高压高度流动的燃气,所以它的工作条件极其恶劣。在工作时,高温燃气向喷管壳体传送大量热量,严重影响了长尾喷管壳体的结构强度,并且喷管壳体温度的升高还会影响长尾喷管外部电子器件的正常工作,同时由于传热产生的热损失还会影响到固体火箭发动机总体的性能指标。另一方面,近些年来随着固体推进剂技术的不断发展,一种在推进剂中加入金属粉末的高能复合推进剂得到了广泛的应用,但是金属粉末在燃烧后会产生大量的固体或者液体颗粒,这使得长尾喷管在工作时内部形成了复杂的气体颗粒两相流动。颗粒相的存在使得长尾喷管的传热条件更加恶化,所以有必要对于长尾喷管热分析问题以及气体颗粒两相流动问题进行详细的研究。本章研究对象为某型号固体火箭发动机用长尾喷管,主要做了如下工作:(1)介绍了一种喷管热防护模型,并利用CFD元件FLUENT对该模型内部流场进行了数值仿真计算和分析,利用数值仿真与工程计算相结合的方法设计了长尾喷管热防护层,该方法相对于传统方法而言有着更大的优势;(2)对于喷管整体热防护模型进行了纯气相数值仿真计算,验证了数值仿真与工程计算相结合的方法的可靠性,计算表明喷管热防护层受热最严重的为喉部和收缩段部分,这是在长尾喷管热防护中应该重点关注的。(3)利用双流体模型对长尾喷管的内部流场进行了气体颗粒两相流数值仿真计算,结果表明随着加入颗粒相直径的减小和颗粒体积分数的增加,在长尾喷管中燃气马赫数降低,温度升高,其中长尾喷管的喉部和扩张段受到颗粒相更大的影响。(4)对于喷管整体热防护模型进行了气体颗粒两相流仿真计算,结果表明,随着颗粒相的加入热防护层各个部分的温度明显升高,尤其是在长尾喷管喉部和扩张段,温度升高已经影响到了喷管的正常工作,所以在进行热防护设计时颗粒相是不可忽视的。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V435

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本文编号：1303502