底排弹底排装置旋转流场数值研究
发布时间：2021-03-05 15:15
本文采用数值计算与工程试验相结合的方法对底排弹底排装置进行研究。基于推进剂燃烧特性建立了底排弹复合药剂的静止燃速模型和旋转燃速模型,采用数值仿真的方法得到底排装置旋转燃烧流场,进行了底排弹底排装置旋转燃烧试验,并将数值计算结果与试验结果对比分析。首先,从底排复合推进剂的组分出发,通过求解每个组分的假定化学式,得到复合推进剂的总的假定化学式,利用能量守恒方程和质量守恒方程,结合化学平衡方程,编程求解出燃烧产物的热力学参数,并与NASA-CEA计算结果进行比对。其次,在底排弹底排装置的数值计算中,燃速公式的确定是最关键的一步。在静止燃烧时采用最小二乘法拟合出静止燃速公式。在旋转条件下采用传热强化模型,建立基于静止燃速-燃烧半径-转速的旋转燃速公式。最后,采用ANSYS Fluent数值计算平台,编写了基于燃速的入口边界UDF和燃面移动UDF,进行了底排装置燃烧流场的数值仿真,得到了不同转速不同时刻的燃烧流场。进行了底排装置地面旋转燃烧试验,得到了不同转速条件下压力-时间曲线,并将数值计算的压力曲线与试验压力曲线进行了对比讨论。研究结果表明：数值计算的压力-时间曲线与试验的压力-时间曲线趋势...
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图５．３底排弹底排装置示意图??５０??
本文中的数值仿真底排装置采用水平放置，出口在右侧，底排装置的中轴线是Ｘ轴，??左侧起点是原点。为了有效分析内部流场变化，沿着底排装置轴向方向去四个切面，其??中两个处在有燃气喷出区域，一个处在无燃气喷出的内部空腔区域，一个处在喷日的中??间位置，即是四个位置点为ｘ＝２５ｍｍ，ｘ＝５０ｍｍ，?ｘ＝８０ｉｎｍ，?ｘ＝１００ｍｍ，并窜四个切面上分??析沿着径向的轴向速度和切向速度分布。图５．１０给出了不同时刻轴向速度沿着径向方向??的分布图。??５．５．２转速为ｌＯＯＯＯｉＶｍｉｎ时的内流场??在ｌＯＯＯＯｒ／ｍｉｎ的工况下同样采用第Ｈ章计算的燃气参数，利用旋转条件下基于传热??増强理论推导的燃速模型，在ＵＤＦ里编写相关公式，利用Ｆｌｕｅｎｔ计算直至药柱燃烧完??毕。图５．１１给出了?ｌＯＯＯＯｒ／ｍｉｎ时的流场流线示意图，可Ｗ看出燃气在巧部流动呈现了??更加复杂的变化，由于旋转的影响，流线呈缠绕状。图５．１２和图５．１３给出了不同时刻??的流场压力和温度分布图，从图中可看出，在旋转的情况下，相比静止燃烧，压力在??底排装置内部的中轴线附近形成了一个抛物线状的低压区，温度分布随着时间的推移呈??现出均匀化现象。??
图５．１９给出了不同时刻不同轴向位置的轴向速度沿着径向的分布，在ｘ＝２５ｍｍ的??位置，其轴向速度随着时间的推移在一直变小，从１５０ｍ／ｓ、＾ｍ／ｓ、５０ｍ／ｓ到最后时刻??的Ｉｍ／ｓ，因该位置距离燃气喷口较远，集聚的燃气质量较少，随着药柱燃烧半径的增大，??燃气量进一步减少，导致其轴向速度减小。在ｘ＝５０ｍｍ、ｘ＝８０ｍｍ和ｘ＝１００ｍｍ的位置??其轴向速度也是一直减小。但是相比ｌＯＯＯＯｒ／ｍｉｎ其轴向速度有所提高，这与转速增大引??起燃速增大的规律相印证。在燃烧的２２ｓ时，中轴线附近出现了负的轴向速度，说明在??中轴线附近产生了回流，这与回流半径在０．００５ｍ附近，对照压力云图在２２ｓ产生的中??轴低压区和温度云图在２２ｓ时产生的低温倒圆锥，可知送种现象是由于燃气的粘性Ｗ及??旋转流场特有的结构所决定。??５．５．４转速为２００００ｒ／ｍｍ时的内流??采用与ｌＯＯＯＯｒ／ｍｉｎ同样的燃气参数设置，选择同样的燃速公式，在旋转设置中定义??转速为２００００ｒ／ｍｉｎ，代入ｆｌｕｅｎｔ进行计算，直至药柱燃烧完毕。得到了不同时刻的底排??装置内流场的压力与温度分布，如图５．２０和图５．２１所示。沿着轴向不同位置处切向速??度和轴向速度沿径向的变化分布如图５．２３和图５．２４所示。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]国外远程制导火箭弹技术现状与趋势[J]. 张明星,黄晓霞. 四川兵工学报. 2013(07)
[2]AP/HTPB底排推进剂高压燃烧实验及燃速的优化模型[J]. 曹永杰,余永刚,叶锐,姚远. 火炸药学报. 2013(03)
[3]某复合增程弹底排船尾碎裂原因探析及对策[J]. 赵丽俊,毛亮,赵国伟,王连义,邸建国. 兵器材料科学与工程. 2013(03)
[4]含气固耦合的AP/HTPB微观燃烧数值模拟[J]. 曹永杰,余永刚,叶锐. 燃烧科学与技术. 2013(02)
[5]AP/HTPB二维火焰结构和燃速数值分析[J]. 叶锐,余永刚,曹永杰. 工程热物理学报. 2013(03)
[6]底排装置底部压力和回流区特性研究[J]. 罗盟,武晓松,封锋,谢爱元,曹琪. 推进技术. 2013(03)
[7]现代弹药技术的发展现状、趋势及其关键技术[J]. 熊辉. 四川兵工学报. 2012(09)
[8]AP颗粒尺度对复合底排推进剂燃速的影响[J]. 成西会,余永刚. 弹道学报. 2012(02)
[9]AP/HTPB复合推进剂燃烧的详细化学动力学建模（英文）[J]. 赵瑜,鲍福廷,胡志伟,蔡强,胡声超. 固体火箭技术. 2012(03)
[10]高压工况下底排推进剂燃速的反向传播神经网络模型[J]. 张领科,余永刚,李志锋,刘东尧. 高压物理学报. 2012(02)
博士论文
[1]底排装置强非稳态燃烧特性研究[D]. 陆春义.南京理工大学 2010
[2]增程外弹道理论分析及数值仿真[D]. 马艳琴.南京理工大学 2003
硕士论文
[1]高过载下底排药柱变形及应力损伤数值模拟[D]. 赵亚满.南京理工大学 2013
[2]底排超高速旋转试验台设计及燃烧特性的初步研究[D]. 朱玉叶.南京理工大学 2013
[3]底排装置底部燃烧流场数值计算研究[D]. 罗盟.南京理工大学 2012
[4]底部排气弹燃烧特性研究与数值分析[D]. 茅泉美.南京理工大学 2006
本文编号：3065422
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图５．３底排弹底排装置示意图??５０??
本文中的数值仿真底排装置采用水平放置，出口在右侧，底排装置的中轴线是Ｘ轴，??左侧起点是原点。为了有效分析内部流场变化，沿着底排装置轴向方向去四个切面，其??中两个处在有燃气喷出区域，一个处在无燃气喷出的内部空腔区域，一个处在喷日的中??间位置，即是四个位置点为ｘ＝２５ｍｍ，ｘ＝５０ｍｍ，?ｘ＝８０ｉｎｍ，?ｘ＝１００ｍｍ，并窜四个切面上分??析沿着径向的轴向速度和切向速度分布。图５．１０给出了不同时刻轴向速度沿着径向方向??的分布图。??５．５．２转速为ｌＯＯＯＯｉＶｍｉｎ时的内流场??在ｌＯＯＯＯｒ／ｍｉｎ的工况下同样采用第Ｈ章计算的燃气参数，利用旋转条件下基于传热??増强理论推导的燃速模型，在ＵＤＦ里编写相关公式，利用Ｆｌｕｅｎｔ计算直至药柱燃烧完??毕。图５．１１给出了?ｌＯＯＯＯｒ／ｍｉｎ时的流场流线示意图，可Ｗ看出燃气在巧部流动呈现了??更加复杂的变化，由于旋转的影响，流线呈缠绕状。图５．１２和图５．１３给出了不同时刻??的流场压力和温度分布图，从图中可看出，在旋转的情况下，相比静止燃烧，压力在??底排装置内部的中轴线附近形成了一个抛物线状的低压区，温度分布随着时间的推移呈??现出均匀化现象。??
图５．１９给出了不同时刻不同轴向位置的轴向速度沿着径向的分布，在ｘ＝２５ｍｍ的??位置，其轴向速度随着时间的推移在一直变小，从１５０ｍ／ｓ、＾ｍ／ｓ、５０ｍ／ｓ到最后时刻??的Ｉｍ／ｓ，因该位置距离燃气喷口较远，集聚的燃气质量较少，随着药柱燃烧半径的增大，??燃气量进一步减少，导致其轴向速度减小。在ｘ＝５０ｍｍ、ｘ＝８０ｍｍ和ｘ＝１００ｍｍ的位置??其轴向速度也是一直减小。但是相比ｌＯＯＯＯｒ／ｍｉｎ其轴向速度有所提高，这与转速增大引??起燃速增大的规律相印证。在燃烧的２２ｓ时，中轴线附近出现了负的轴向速度，说明在??中轴线附近产生了回流，这与回流半径在０．００５ｍ附近，对照压力云图在２２ｓ产生的中??轴低压区和温度云图在２２ｓ时产生的低温倒圆锥，可知送种现象是由于燃气的粘性Ｗ及??旋转流场特有的结构所决定。??５．５．４转速为２００００ｒ／ｍｍ时的内流??采用与ｌＯＯＯＯｒ／ｍｉｎ同样的燃气参数设置，选择同样的燃速公式，在旋转设置中定义??转速为２００００ｒ／ｍｉｎ，代入ｆｌｕｅｎｔ进行计算，直至药柱燃烧完毕。得到了不同时刻的底排??装置内流场的压力与温度分布，如图５．２０和图５．２１所示。沿着轴向不同位置处切向速??度和轴向速度沿径向的变化分布如图５．２３和图５．２４所示。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]国外远程制导火箭弹技术现状与趋势[J]. 张明星,黄晓霞. 四川兵工学报. 2013(07)
[2]AP/HTPB底排推进剂高压燃烧实验及燃速的优化模型[J]. 曹永杰,余永刚,叶锐,姚远. 火炸药学报. 2013(03)
[3]某复合增程弹底排船尾碎裂原因探析及对策[J]. 赵丽俊,毛亮,赵国伟,王连义,邸建国. 兵器材料科学与工程. 2013(03)
[4]含气固耦合的AP/HTPB微观燃烧数值模拟[J]. 曹永杰,余永刚,叶锐. 燃烧科学与技术. 2013(02)
[5]AP/HTPB二维火焰结构和燃速数值分析[J]. 叶锐,余永刚,曹永杰. 工程热物理学报. 2013(03)
[6]底排装置底部压力和回流区特性研究[J]. 罗盟,武晓松,封锋,谢爱元,曹琪. 推进技术. 2013(03)
[7]现代弹药技术的发展现状、趋势及其关键技术[J]. 熊辉. 四川兵工学报. 2012(09)
[8]AP颗粒尺度对复合底排推进剂燃速的影响[J]. 成西会,余永刚. 弹道学报. 2012(02)
[9]AP/HTPB复合推进剂燃烧的详细化学动力学建模（英文）[J]. 赵瑜,鲍福廷,胡志伟,蔡强,胡声超. 固体火箭技术. 2012(03)
[10]高压工况下底排推进剂燃速的反向传播神经网络模型[J]. 张领科,余永刚,李志锋,刘东尧. 高压物理学报. 2012(02)
博士论文
[1]底排装置强非稳态燃烧特性研究[D]. 陆春义.南京理工大学 2010
[2]增程外弹道理论分析及数值仿真[D]. 马艳琴.南京理工大学 2003
硕士论文
[1]高过载下底排药柱变形及应力损伤数值模拟[D]. 赵亚满.南京理工大学 2013
[2]底排超高速旋转试验台设计及燃烧特性的初步研究[D]. 朱玉叶.南京理工大学 2013
[3]底排装置底部燃烧流场数值计算研究[D]. 罗盟.南京理工大学 2012
[4]底部排气弹燃烧特性研究与数值分析[D]. 茅泉美.南京理工大学 2006
本文编号：3065422
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