某固体火箭助推器流场数值模拟及分析

发布时间：2017-10-01 22:23

  本文关键词：某固体火箭助推器流场数值模拟及分析

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【摘要】：固体火箭助推器是巡航导弹的次动力装置,在工作过程中,由于其涉及到燃烧、加质、两相流动和化学反应等方面,内流场非常复杂。固体火箭助推器的可靠工作是保证巡航导弹可靠发射的重要因素,所以对其内部流场研究有重要意义。本文以某一固体火箭助推器为研究对象,主要的研究内容如下：a)针对助推器设计要求,利用气动力原理和喷管设计准则,初步得到喷管结构尺寸。然后建立喷管二维轴对称模型,采用FLUENT软件对喷管进行无粘和有粘情况下的模拟,得到喷管流场参数分布变化,对初始喷管进行数值模拟验证。研究了膨胀角、收缩角、扩张比和喉部曲率半径等对出口气体速度、出口压强和助推器推力等参数的影响,综合各种因素的影响。b)研究点火过程对固体火箭助推器工作过程的影响。为了分析点火过程对内流场影响,建立二维点火模型,利用气相点火理论,对点火过程的流场进行分析,得到不同时刻的内流场变化规律,并对点火器的质量流率、堵盖打开压强等对点火过程的影响进行了研究。c)考虑侵蚀燃烧作用,建立二维燃烧室-喷管模型,考虑到发动机燃烧时的燃面退移,利用动网格技术,使用L-R侵蚀燃烧模型, 利用UDF对Fluent进行二次开发,对发动机燃烧流场进行模拟,得到了燃面退移情况和流场参数变化情况。最后根据所得到的燃烧室内的压强时间变化,得到发动机工作全过程的压力随时间变化曲线。
【关键词】：固体火箭助推器 流场 点火 侵蚀燃烧 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】：2016
【分类号】：V435
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 课题研究的背景与意义10-11
• 1.2 固体火箭助推器简介11-12
• 1.3 固体火箭助推器内流场的研究现状12-15
• 1.4 动网格在固体火箭发动机流场数值模拟上的应用15-16
• 1.5 本文的主要研究工作16-18
• 2. 喷管设计及数值模拟18-36
• 2.1 设计总任务18
• 2.2 喷管设计基本理论18-24
• 2.2.1 推力表达式19-20
• 2.2.2 喷气速度20-22
• 2.2.3 质量流率公式22-23
• 2.2.4 其他公式23-24
• 2.3 喷管初步设计24-25
• 2.3.1 喉部直径和出口直径的确定24
• 2.3.2 喷管型面设计24-25
• 2.3.3 喷管初步设计结果25
• 2.4 计算方法25-27
• 2.4.1 基本方程25-26
• 2.4.2 湍流模型26
• 2.4.3 SIMPLE算法26-27
• 2.5 喷管数值实验验证27-32
• 2.5.1 几何建模及网格生成28
• 2.5.2 边界条件和初始条件28
• 2.5.3 无粘条件下模拟结果分析28-31
• 2.5.4 有粘条件下模拟结果分析31-32
• 2.6 不同参数的影响32-35
• 2.6.1 收敛半角α的影响33
• 2.6.2 扩张半角β的影响33
• 2.6.3 出口截面D_e的影响33-34
• 2.6.4 喉部圆柱段曲率半径的影响34-35
• 2.7 本章小结35-36
• 3 固体火箭助推器点火过程数值模拟36-54
• 3.1 点火相关知识36-39
• 3.1.1 点火装置介绍36-37
• 3.1.2 点火准则37
• 3.1.3 点火理论37-39
• 3.2 数学模型39-40
• 3.2.1 基本假设39
• 3.2.2 计算方法——PISO算法39-40
• 3.3 几何模型及网格划分40-41
• 3.4 边界条件与初始条件41-42
• 3.4.1 边界条件41-42
• 3.4.2 初始条件42
• 3.5 计算结果42-51
• 3.5.1 点火滞后期43-44
• 3.5.2 推进剂点燃时刻44-45
• 3.5.3 火焰传播期45-49
• 3.5.4 燃气填充期49-50
• 3.5.5 整个点火过程分析50-51
• 3.6 不同因素对点火过程的影响51-53
• 3.6.1 不同质量流率对点火过程的影响51-52
• 3.6.2 堵盖打开时间不同对点火的影响52-53
• 3.7 本章小结53-54
• 4 考虑气动燃烧的全过程流场分析54-72
• 4.1 侵蚀燃烧机理54-56
• 4.2 基本假设56
• 4.3 动网格模型介绍与应用56-61
• 4.3.1 动态网格的控制方程56-57
• 4.3.2 移动网格的宏函数57
• 4.3.3 网格生成方式57-59
• 4.3.4 动网格的应用59-61
• 4.4 几何模型及网格划分61-63
• 4.5 边界条件与初始条件63-65
• 4.5.1 边界条件63
• 4.5.2 初始条件63-65
• 4.6 计算结果65-70
• 4.6.1 燃面推移图像65-66
• 4.6.2 无侵蚀燃烧情况下的流场分析66
• 4.6.3 侵蚀燃烧情况下的流场分析66-70
• 4.7 全过程压力分析70-71
• 4.8 本章小结71-72
• 5 结束语72-74
• 5.1 工作总结72
• 5.2 工作展望72-74
• 致谢74-75
• 参考文献75-79

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本文编号：956006