發(fā)布時間：2020-06-11 14:55

【摘要】：可重復(fù)使用發(fā)動機(jī)是未來航天事業(yè)重要的發(fā)展方向。在可重復(fù)使用發(fā)動機(jī)的推進(jìn)劑選擇上,液氧/甲烷組合相比于液氫/液氧組合及其它液氧/烴類組合有明顯優(yōu)勢。在液氧/甲烷發(fā)動機(jī)研制及地面試驗研究過程中,低溫氣、液態(tài)甲烷的安全處理是需要面對的重要問題之一。本文首先對氣、液態(tài)甲烷的危險特性進(jìn)行了分析,針對危險性最大的重氣擴(kuò)散過程,詳細(xì)分析了其形成機(jī)理及運(yùn)動規(guī)律。隨后對國內(nèi)外重氣擴(kuò)散問題的相關(guān)研究進(jìn)行了全面的梳理和總結(jié),在試驗方面,介紹了Burro、Coyote和Falcon系列大型重氣擴(kuò)散經(jīng)典試驗;在理論分析和數(shù)值仿真方面,概述了典型重氣擴(kuò)散模型的基本原理及優(yōu)缺點,針對CFD方法在重氣擴(kuò)散模擬上的應(yīng)用進(jìn)行了較為細(xì)致的介紹。然后,針對傳統(tǒng)的單相流CFD模型不考慮液池形成、相變過程的不足,提出了本文的研究目標(biāo),即建立適用于液態(tài)甲烷大口徑射流的蒸發(fā)及擴(kuò)散多相流模型,充分捕捉泄放期間液池擴(kuò)展、相變等過程所帶來的湍流效應(yīng)。為驗證多相流模型的完善性與通用性,本文基于Falcon-1和Burro-8試驗對模型進(jìn)行了驗證,并與其他模型模擬結(jié)果進(jìn)行了對比。計算結(jié)果表明,多相流模型不但能準(zhǔn)確預(yù)測下風(fēng)向監(jiān)測點濃度與溫度,還能很好地預(yù)測水平面及展向面上的氣云擴(kuò)散。隨后的分析表明,多相流模型的高精度是由于其更為準(zhǔn)確地預(yù)測了泄放期間的湍流效應(yīng)、溫度變化以及蒸發(fā)速率的變化過程。與此同時,本文對重氣擴(kuò)散的特點進(jìn)行了研究,結(jié)果表明重氣擴(kuò)散行為主要沿地表進(jìn)行,大氣風(fēng)雖然能夠一定程度上抑制其上風(fēng)向與展向擴(kuò)散,但是在濃度差與重力下沉現(xiàn)象的作用下,重氣云團(tuán)仍然能夠在上風(fēng)向、展向擴(kuò)散相當(dāng)遠(yuǎn)的距離。最后,本文對圍堰抑制氣云擴(kuò)散的特點與機(jī)理進(jìn)行了分析,發(fā)現(xiàn)圍堰對氣云的展向和上風(fēng)向擴(kuò)散都有明顯的抑制作用,圍堰以及擋板的存在造成了豎直方向的漩渦,氣云向上爬升得更高,從而縮小了危險域范圍。
【學(xué)位授予單位】：中國航天科技集團(tuán)公司第一研究院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ221.11;V434.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2708067