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新型贮箱增压消能器流场的仿真分析研究

李克诚  
【摘要】:挤压式液体火箭贮箱增压排液过程中,若高速增压气体直接冲击推进剂液面,可能引起液体燃料飞溅,降低气枕温度,降低气枕压力,进而无法保证发动机泵的入口压力需求。为了将高速增压气流均匀平滑的注入气枕,维持气枕环境和发动机泵对压力的需求,同时降低增压气体对液体燃料造成的扰动,提出了新型贮箱增压消能器的设计研究。 本文运用流体动力学基本理论,建立了贮箱增压消能器流场的数学模型,然后采用数值模拟的手段对6种型号的贮箱消能器进行了仿真研究,包括:喇叭口型增压消能器,筛筒型增压消能器,平吹式增压消能器,直吹式增压消能器,多重筛筒型增压消能器Ⅰ号结构和多重筛筒型增压消能器Ⅱ号结构。根据仿真结果对以上各消能器的耗散性能和耗散机理进行了分析总结。结果显示,采用导流装置改变增压气体喷注入气枕空间的方向,同时采用筛筒结构耗散气体动能的消能器,在减速和控制气流均匀性上更具有优势。 借鉴工程中结构、水利和消音降噪领域相应的消能装置的设计方法与经验,结合本文对6中新型贮箱增压消能器结构仿真分析的结果,提出了贮箱增压消能器的工程设计方法。根据所提出的方法对其中一种结构形式设计了两种改进方案,而后利用数值仿真手段对两种优化结构进行了模拟分析,结果显示优化后的消能器结构在降低流速和控制气流分布的均匀稳定性上具有更好的效果,验证了该工程设计方法的可行性。


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