复合固体推进剂烤燃特性的实验研究与数值模拟

发布时间：2017-09-20 16:40

  本文关键词：复合固体推进剂烤燃特性的实验研究与数值模拟

  更多相关文章： 热安全性 烤燃实验 AP/HTPB复合固体推进剂 固体火箭发动机 火焰结构 数值计算

【摘要】：本文以固体火箭发动机的热安全性为背景,从实验和数值模拟两个方面对AP/HTPB复合固体推进剂的烤燃过程进行研究。主要研究内容如下：(1)设计了小尺度固体推进剂烤燃模拟实验装置,以AP/HTPB复合推进剂为研究对象,考虑药柱外壁包覆层的影响,采用热电偶和摄像系统分别对其快速与慢速烤燃过程进行研究。结果表明,快速烤燃条件下,烤燃响应最初发生在药柱外壁附近,而慢速烤燃条件下,烤燃响应最初发生在药柱内部中心附近。(2)针对AP/HTPB复合推进剂的烤燃过程建立了二维非稳态烤燃理论模型,分别对不同实验工况下推进剂的烤燃过程进行数值模拟,将计算结果与实验测量结果进行对比分析。结果表明,计算结果与实验测量数据吻合较好,证明了该模型的正确性与合理性。(3)采用本文所建立的AP/HTPB推进剂烤燃模型,利用CFD软件分别对固体火箭发动机的慢速烤燃行为和快速烤燃行为进行数值分析。结果表明,在慢速烤燃条件下,固体发动机的最初着火位置发生在药柱内壁纵向1mm肉厚的环形区域内,且随着升温速率的增大,最初着火位置由中心区域向药柱壳体端面移动；在快速烤燃条件下,固体发动机的最初着火位置发生在靠近喷管的药柱外壁一环形区域内,且随着火焰温度的提高,着火延迟期快速缩短,着火温度逐渐增大。(4)建立了AP/HTPB复合推进剂二维稳杰微尺度燃烧模型,研究了AP/HTPB烤燃响应后的燃烧特性。分别对其在不同压力下的微观火焰结构以及燃烧特性进行数值模拟,结果表明,随着环境压力的升高,微观燃烧火焰由预混结构逐渐发展为扩散结构,热释放率对燃烧表面的热反馈逐渐增强,火焰核心逐渐贴近燃面。
【关键词】：热安全性 烤燃实验 AP/HTPB复合固体推进剂 固体火箭发动机 火焰结构 数值计算
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V512
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 主要符号表13-14
• 1 绪论14-22
• 1.1 研究背景与意义14-15
• 1.2 国内外研究状况15-21
• 1.2.1 烤燃实验研究15-17
• 1.2.2 烤燃数值模拟研究17-19
• 1.2.3 复合固体推进剂稳态燃烧模型研究19-21
• 1.3 本文主要工作21-22
• 2 复合固体推进剂烤燃特性实验研究22-28
• 2.1 引言22
• 2.2 实验装置设计22-23
• 2.3 测试方法与实验仪器23-24
• 2.4 样品制备24-25
• 2.5 实验结果与分析25-26
• 2.6 本章小结26-28
• 3 复合固体推进剂二维非稳态烤燃理论模型与数值分析28-36
• 3.1 引言28
• 3.2 理论模型28-31
• 3.2.1 基本假设28-29
• 3.2.2 基本方程29-30
• 3.2.3 边界条件与初始条件30-31
• 3.2.4 网格划分31
• 3.3 FLUENT计算软件介绍31-32
• 3.4 计算结果与分析32-35
• 3.4.1 计算方法及基本参数32
• 3.4.2 计算结果与实验数据对比32-35
• 3.5 本章小结35-36
• 4 固体火箭发动机慢速烤燃特性的数值预测36-44
• 4.1 引言36
• 4.2 理论模型36-38
• 4.2.1 基本假设36-37
• 4.2.2 基本方程37
• 4.2.3 边界条件与初始条件37-38
• 4.3 模型尺寸与网格划分38
• 4.4 计算结果与分析38-43
• 4.4.1 计算方法与基本参数38-39
• 4.4.2 计算结果与国外实验数据对比39-40
• 4.4.3 固体火箭发动机慢烤燃特性数值结果与分析40-43
• 4.5 本章小结43-44
• 5 固体火箭发动机快速烤燃特性的数值预测44-55
• 5.1 引言44
• 5.2 理论模型44-47
• 5.2.1 基本假设44-45
• 5.2.2 基本方程45-46
• 5.2.3 边界条件与初始条件46-47
• 5.3 模型尺寸与网格划分47-48
• 5.4 计算结果与分析48-53
• 5.4.1 计算方法与基本参数48
• 5.4.2 计算结果与国外实验数据对比48
• 5.4.3 固体火箭发动机快速烤燃特性的模拟结果与分析48-53
• 5.5 本章小结53-55
• 6 AP/HTPB复合固体推进剂微尺度燃烧特性的数值模拟55-68
• 6.1 引言55
• 6.2 物理模型55-56
• 6.3 数学模型56-59
• 6.3.1 化学反应动力学56-57
• 6.3.2 气相控制方程57-58
• 6.3.3 固相能量方程58
• 6.3.4 燃面耦合关系58-59
• 6.3.5 边界条件59
• 6.4 网格划分与求解参数设置59-60
• 6.5 数值模拟结果与分析60-67
• 6.6 本章小结67-68
• 7 结论与展望68-71
• 7.1 全文总结及主要结论68-69
• 7.2 本文创新点69
• 7.3 工作展望69-71
• 致谢71-72
• 参考文献72-81
• 附录81

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