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冲压发动机补燃室旋转条件下的燃烧特性研究

孙玉香  
【摘要】: 本文利用CFD软件Fluent、采用RNGκ-ε数学模型对旋转条件下的固体火箭冲压发动机补燃室中流场的燃烧特性进行研究。由于旋转模型对补燃室真实运动情况的模拟应用还处于探索阶段,另外旋转下的冲压发动机实验技术也处于探索阶段,所以本文首先对三种不同的旋转模型进行了验证和选择,最终选择模型3作为本文计算旋转条件下冲压发动机补燃室二次燃烧效应的理论分析模型,在此基础上进行研究,得到如下研究结论: (1)模拟补燃室旋转条件下的流场特性,与非旋转条件下的补燃室流场特性相比:流场整体运动变化趋势与非旋转时的基本一致,局部存在差异;补燃室中存在三个明显的旋涡使得补燃室中的流动非常的复杂,并且在旋转条件下这三个旋涡的强度明显加强;补燃室中旋转条件下与非旋转条件下的压强分布均匀,速度变化平缓,说明旋转未对补燃室流场的宏观结构产生大的影响。同时对比研究还可以发现补燃室旋转条件下的化学燃烧反应比非旋转条件下的化学燃烧反应滞后,但反应过程中所需时间减少。 (2)计算了600rpm、2400rpm、4200rpm三种转速情况下补燃室中的流场,分析了不同转速下各流场的参数变化规律,研究结果表明:转速越大,化学燃烧反应越滞后,但燃料完全燃尽位置基本一致,燃烧过程中所需补燃室长度减短;转速增加,壁面温度变化减缓;转速增加对燃烧效率的影响微小,可忽略不计。 (3)模拟了旋转条件下补燃室中气固两相流场,研究了600rpm和4200rpm两种转速下补燃室中流场的结构变化情况。研究结果表明:转速增加,固体颗粒开始产生化学燃烧反应的位置逐渐靠前,但反应的中心位置却逐渐靠后;在补燃室近轴区域出现无颗粒区,这对补燃室中流场的参数分布影响非常明显,这显然是由固体粒子密度大和旋转效应造成的离心力使固体粒子沿径向运动造成的。


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