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补燃室结构对冲压发动机二次燃烧影响研究

许超  
【摘要】:本文针对整体式固体火箭冲压发动机补燃室内二次燃烧,依据硼颗粒点火燃烧过程分析和富燃料推进剂热力计算结果,提出了富燃燃气的燃烧模型。进而基于RNGk-ε湍流模型、单步涡扩散化学反应模型和颗粒随机轨道模型,构建了冲压补燃室内掺混燃烧数值分析模型,利用Fluent软件对二元双下侧进气式固体火箭冲压发动机补燃室内三维反应流场进行了纯气相和两相流数值研究。结果显示,本文所建模型能够合理反映补燃室内富燃燃气的掺混燃烧,可用于冲压发动机补燃室内二次燃烧的数值分析。 纯气相数值计算表明:补燃室长度应足够大,才能保障二次燃烧的顺利进行;增加补燃室长度可显著强化掺混燃烧过程,提高燃烧效率,但这种作用随补燃室长度的增加而减弱。进一步分析表明:补燃室补燃段的长径比有一恰当的设计值,大于此值对提高二次燃烧效率的作用有限,就本文讨论的情形,该值约为3.75,对应的燃料滞留时间约为2.91ms。 两相流数值计算表明:富燃燃气各组分在补燃室头部、补燃段和冲压喷管内都存在二次燃烧,补燃室头部区域和冲压喷管内二次燃烧受补燃室长度影响较小,而补燃段二次燃烧的程度随补燃室长度的增加而增加。但对不同的补燃室结构,二次燃烧效率随补燃室长度变化的趋势不尽相同。 研究还发现,硼颗粒的点火燃烧主要取决于硼颗粒在补燃室内的滞留时间和所处的环境温度,而与补燃室的长度没有直接关系。增加补燃室长度可延长硼颗粒在补燃室的滞留时间,有利于硼颗粒的燃烧,但硼颗粒能否点火燃烧取决于所处的环境温度。 本文的研究结果对冲压发动机补燃室内二次燃烧的组织、冲压发动机的设计以及进一步深入研究有一定的参考价值。


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