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固体火箭冲压发动机补燃室气粒反应流数值模拟

陈铮  
【摘要】: 本文研究和总结了金属颗粒燃烧的数学物理模型,并利用FLUENT软件对补燃室二维流场的气粒两相燃烧过程采用颗粒轨道模型进行了数值模拟,其中铝颗粒的燃烧模型采用蒸发扩散模型。探索并建立了发动机补燃室气粒两相反应流模型,并在该模型下对某实验发动机进行了模拟,得出颗粒在补燃室内的燃烧和掺混的一些现象和规律。结果表明:补燃室内的流场极为复杂,存在三个旋涡;补燃室内压强分布均匀,温度分布不均匀且变化梯度大;增大颗粒直径,铝颗粒燃烧效率减小,颗粒随流性变差,补燃室头部温度下降明显,补燃室平均温度和壁面温度亦有下降;增大空燃比,补燃室头部轴线温度升高,燃气完全燃尽所需的补燃室长度减小,有利于发动机重量的减轻,颗粒燃烧效率增加明显,补燃室后部温度下降,壁面温度下降,有利于热防护;当颗粒的含量增大时,补燃室头部温度明显增加,补燃室平均温度和壁面温度随金属含量的增加而升高,但上升幅度不大,颗粒燃烧效率提高;当空域发生变化时,随着高度增加,颗粒燃烧效率明显下降,在补燃室开始蒸发所需要的时间和补燃室长度增大,补燃室热防护要求提高;对于颗粒直径较大,空燃比较小,空域高度很高等不利的条件下,补燃室长度对燃烧效率至关重要,随着长度增加,颗粒燃烧效率逐渐增加。


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