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低温条件下空化流动特性数值研究

曹海涛  
【摘要】: 液体火箭发动机的低温液态燃料如液氢、液氧等,在高速输送过程中会产生空化,进而产生一系列破坏性的后果。低温液体的物性参数受温度变化的影响很大,因此热力学作用对低温液体的空化会产生重要的影响。低温液体空化特性的研究对提高液体火箭发动机推进剂供应系统的性能具有十分重要的意义。 本文针对低温液体(液氢、液氮)的空化问题,应用数值模拟的方法,重点分析了热力学作用对空化的影响,主要内容如下: 应用二维轴对称模型,对液氮水翼空化进行定常数值模拟,并用Hord实验验证了本文数值模拟方法的合理性。利用FLUENT自定义函数(UDF)将气-液相之间相互转化的潜热作为能量方程的源项,以此来考虑热力学作用对空化的影响。 对液氢水翼空化进行了二维轴对称定常数值模拟,并分析了温度、压力、速度等流场参数对空化的影响。通过数值模拟结果的对比分析,得出低温液体空化流场的温度分布,压力分布,液相体积分数随流场参数的变化规律。分析了受热力学作用影响时,空化数沿水翼表面的变化规律。 对液氢文丘里管空化流动进行了二维定常轴对称以及三维数值模拟。二维数值模拟分析了温度,以及进出口压力比对空化的影响,得出温度分布、压力分布、液相体积分数的变化规律,分析了流量随进出口压力比的变化规律。分析了文丘里管喉部长度和喉部直径对空化的影响,得出温度分布、压力分布、液相体积分数的变化规律。最后进行了三维数值模拟,计算结果与二维数值模拟结果相符合。


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