為了研究火箭發(fā)動機(jī)（SRM）斜切噴管的兩相流動特性,采用氣體-顆粒相雙流體模型,并結(jié)合多區(qū)域混合網(wǎng)格技術(shù),對發(fā)動機(jī)斜切噴管內(nèi)氣相與顆粒相的相互作用規(guī)律進(jìn)行研究,探索顆粒直徑與顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化對發(fā)動機(jī)噴管氣固兩相流動特性的影響。結(jié)果表明:固體顆粒相的存在,對發(fā)動機(jī)斜切噴管的流場結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重要影響,導(dǎo)致噴管軸線附近存在一個燃?xì)饬鲃铀俣容^低,溫度較高的區(qū)域。同時,噴管壁面附近存在無粒子區(qū),隨著顆粒直徑的增加,無粒子區(qū)域的范圍逐漸擴(kuò)大。并且,顆粒直徑越大,其運(yùn)動速度越小,在噴管內(nèi)的滯留時間越長。顆粒直徑與質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化同樣會影響發(fā)動機(jī)噴管的流場結(jié)構(gòu),隨著顆粒直徑的增加,發(fā)動機(jī)噴管軸線處氣相馬赫數(shù)先減小后增大,而燃?xì)鉁囟葎t先增大后減小;發(fā)動機(jī)推力的變化趨勢與馬赫數(shù)變化趨勢相同,但兩者并不同時達(dá)到極值點。顆粒相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大,沿噴管軸線方向的氣相馬赫數(shù)和發(fā)動機(jī)推力越小,噴管兩相流損失越大。 

【文章來源】：航空動力學(xué)報. 2020,35(04)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：11 頁

【部分圖文】：

斜切噴管火箭發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)圖

1.4 計算區(qū)域與邊界條件選取圖1中斜切噴管火箭發(fā)動機(jī)后部作為發(fā)動機(jī)內(nèi)流場和噴管流場特性研究的主要區(qū)域,進(jìn)行網(wǎng)格劃分(如圖2),由于本文所研究的斜切噴管火箭發(fā)動機(jī),不僅噴管采用斜切結(jié)構(gòu),而且發(fā)動機(jī)噴管軸線方向與燃燒室軸線方向之間存在夾角,與常規(guī)發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)有很大的不同,計算區(qū)域具有明顯的三維特性。并且噴管喉部連接處幾何形狀復(fù)雜,很難用整體結(jié)構(gòu)網(wǎng)格進(jìn)行處理,同時模型中存在明顯的邊界層結(jié)構(gòu),建立一體非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格,邊界層處網(wǎng)格質(zhì)量也難以保證,因此選用多區(qū)域混合網(wǎng)格是一種很好的方法。將計算區(qū)域分為3個部分:燃燒室圓柱段、尾部收縮段和斜切噴管段。收縮段建立非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格,圓柱段和噴管段分別建立結(jié)構(gòu)網(wǎng)格,不同區(qū)域通過邊界面相互插值進(jìn)行參數(shù)傳遞。計算區(qū)域,軸線方向總長度為78 mm,法線方向總長度為36.7 mm,噴管喉部直徑為6 mm,噴管出口面積與喉部面積之比為14.21,斜切噴管軸線長度為26.4 mm,擴(kuò)張半角為15°。由于此模型斜切噴管入口區(qū)域流場結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,為了準(zhǔn)確獲得復(fù)雜流場特征信息,對噴管入口與喉部處進(jìn)行網(wǎng)格局部加密,網(wǎng)格總數(shù)量約為61.5萬。

本文研究工況較多,為了確保數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性,排除各個工況因網(wǎng)格數(shù)量不同而造成的結(jié)果失真,需對已建立的計算網(wǎng)格模型的無關(guān)性進(jìn)行驗證。選用純氣相流工況進(jìn)行計算,取網(wǎng)格數(shù)分別為61.5萬、123萬和235萬的3種方案進(jìn)行比較。通過圖3可知,3種方案發(fā)動機(jī)噴管軸線氣相馬赫數(shù)分布曲線基本重合,并且這3種方案燃燒室尾部區(qū)域平均壓強(qiáng)數(shù)值為10.15 MPa,與此發(fā)動機(jī)設(shè)計壓強(qiáng)值10 MPa較為接近。表明當(dāng)計算網(wǎng)格數(shù)到達(dá)61.5萬以后,網(wǎng)格數(shù)量的增加對計算結(jié)果沒有影響,同時根據(jù)壓強(qiáng)結(jié)果,認(rèn)為將此模型用于計算發(fā)動機(jī)的斜切噴管流場特性是可行的。2 計算結(jié)果與分析

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號：3303743