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固体冲压发动机补燃室内含硼推进剂的燃烧及结构优化

邓仁杰  
【摘要】:本文研究了固体冲压发动机补燃室内含硼推进剂的燃烧,并对补燃室结构进行了优化。其中包括利用Ansys Workbench完成参数化建模,并编制程序探究了单个硼颗粒的点火过程。对Fluent进行了二次开发,研究了补燃室内含硼推进剂的两相流燃烧,并利用参数化建模对补燃室结构进行了优化。气相结果表明:补燃室头部存在高温回流区,而中心轴线附近温度较低。燃料入口处存在大的涡旋结构,空气入口处存在较小的涡旋结构。对单个硼颗粒点火的研究表明:减小颗粒初始半径、减小初始氧化层厚度、增加环境温度、增加环境中氧气与水蒸气的摩尔分数会缩短点火时间。颗粒初始半径、环境温度、水蒸气的摩尔分数在一定范围内将显著影响点火时间,超出一定范围后对点火时间的影响出现“边际效应”。点火时间随着初始氧化层厚度增加而线性增加,增加氧气摩尔分数对缩短点火时间的作用不明显。对含硼推进剂在补燃室内两相燃烧的研究表明:补燃室轴线附近颗粒点火较慢。燃料与空气接触面附近颗粒点火较快。颗粒在点火位置附近迅速融化为液态。补燃室中心轴线附近氧气浓度较低,颗粒的燃烧较慢。增加颗粒的初始直径,点火位置基本不变,颗粒燃烧效率显著降低。增加颗粒初始氧化层厚度,点火位置明显后移,颗粒燃烧效率略微下降。基于参数化建模的补燃室结构优化表明:参数化建模可快速得到补燃室优化结构,从而提高硼颗粒燃烧效率。


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