【摘要】：近代固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)中普遍采用加入金屬粉末的復(fù)合推進(jìn)劑,目的是提高推進(jìn)比沖,增加推進(jìn)劑的密度,但推進(jìn)劑燃燒后燃?xì)鈨?nèi)會(huì)存在金屬氧化物,其中三氧化二鋁所占的比重最大。它們的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)都很高,通常為凝聚相的粒子,存在著溫度滯后和速度滯后。所以這些粒子可能會(huì)與發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部壁面產(chǎn)生撞擊,在溫差、粘性和表面張力等作用下,可能會(huì)粘結(jié)在壁面上形成沉積層,尤其是在噴管喉部以及潛入式噴管的背壁區(qū)產(chǎn)生沉積的情況比較嚴(yán)重。但目前大多數(shù)研究沉積問(wèn)題的方法都是單一的拉格朗日方法,通過(guò)求解有關(guān)力的微分方程和軌跡方程來(lái)追蹤粒子運(yùn)動(dòng)情況,進(jìn)而判斷沉積易發(fā)生的區(qū)域。所以本文將拉格朗日顆粒追蹤法(DPM離散相模型)和界面追蹤法(VOF)進(jìn)行耦合,實(shí)現(xiàn)從粒子進(jìn)入流場(chǎng)到被壁面捕獲形成沉積層的這一過(guò)程。本文以O(shè)penFOAM開(kāi)源軟件為平臺(tái),將兩種方法通過(guò)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)耦合,并將其應(yīng)用于帶有潛入式噴管的固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)沉積中去。本文首先主要計(jì)算純氣相和顆粒分布的流場(chǎng),來(lái)說(shuō)明顆粒易進(jìn)入或碰撞的區(qū)域,結(jié)果表明在噴管的進(jìn)口凸緣壁面極易發(fā)生碰撞,背壁區(qū)域易發(fā)生沉積;除此之外本文還通過(guò)液膜模型對(duì)三氧化二鋁液滴撞擊到噴管凸緣處和背壁區(qū)域形成液膜進(jìn)行模擬。在此基礎(chǔ)上,本文將DPM與VOF兩種方法進(jìn)行耦合,并進(jìn)行算例驗(yàn)證,最后模擬固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中粒子撞擊壁面產(chǎn)生沉積現(xiàn)象這一過(guò)程,既可以觀察到膜的形成,也可以觀察到沉積層的厚度,這兩種方法的耦合具有一定的意義。
【圖文】：

圖 1.1 機(jī)翼表面形成水膜 圖 1.2 煤燃燒沉積現(xiàn)象Z. ZHANG[30]等提出了一個(gè)各相異性顆粒渦流相互作用模型，運(yùn)用拉格朗日方測(cè)顆粒沉積現(xiàn)象。Jianjun Ni[31]等建立了一種熔渣反彈模型來(lái)預(yù)測(cè)顆粒撞擊到壁面的過(guò)程，可以應(yīng)預(yù)測(cè)熔渣沉積過(guò)程和結(jié)渣氣化現(xiàn)象或者燃燒系統(tǒng)結(jié)果。提出了最大鋪展直徑和回則，并考慮了熔渣粘度、沖擊速度、沖擊角、熔渣表面張力、熔渣接觸角和顆粒尺因素對(duì)熔滴直徑和回彈率的影響。Hongjun Zhu[32]采用了 VOF 和 DPM 耦合方法模擬氣體沖刷油罐表面的過(guò)程，了氣體沖刷油膜表面的揮發(fā)速率。討論進(jìn)氣量，殘油密度，殘油粘度，殘油量，殘徑等因素對(duì)沖刷的影響。LINMIN LI[33]等人對(duì)冶金過(guò)程中汽化爐內(nèi)氣泡的運(yùn)動(dòng)和熔渣眼的形成進(jìn)行了數(shù)擬，采用了大渦模擬與 DPM 和 VOF 的耦合的方法，可以很好的預(yù)測(cè)汽化爐內(nèi)氣泡穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)、熔渣眼的形成和界面的波動(dòng)。

圖 1.1 機(jī)翼表面形成水膜 圖 1.2 煤燃燒沉積現(xiàn)象Z. ZHANG[30]等提出了一個(gè)各相異性顆粒渦流相互作用模型，運(yùn)用拉格朗日方測(cè)顆粒沉積現(xiàn)象。Jianjun Ni[31]等建立了一種熔渣反彈模型來(lái)預(yù)測(cè)顆粒撞擊到壁面的過(guò)程，可以應(yīng)預(yù)測(cè)熔渣沉積過(guò)程和結(jié)渣氣化現(xiàn)象或者燃燒系統(tǒng)結(jié)果。提出了最大鋪展直徑和回則，并考慮了熔渣粘度、沖擊速度、沖擊角、熔渣表面張力、熔渣接觸角和顆粒尺因素對(duì)熔滴直徑和回彈率的影響。Hongjun Zhu[32]采用了 VOF 和 DPM 耦合方法模擬氣體沖刷油罐表面的過(guò)程，了氣體沖刷油膜表面的揮發(fā)速率。討論進(jìn)氣量，，殘油密度，殘油粘度，殘油量，殘徑等因素對(duì)沖刷的影響。LINMIN LI[33]等人對(duì)冶金過(guò)程中汽化爐內(nèi)氣泡的運(yùn)動(dòng)和熔渣眼的形成進(jìn)行了數(shù)擬，采用了大渦模擬與 DPM 和 VOF 的耦合的方法，可以很好的預(yù)測(cè)汽化爐內(nèi)氣泡穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)、熔渣眼的形成和界面的波動(dòng)。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：V435

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2656894