發(fā)布時間：2023-04-28 02:04

　　近年來隨著商業(yè)航天領域的興起,人們對高性能以及低成本的液體火箭發(fā)動機的需求日益增長,可重復使用液體火箭發(fā)動機成為未來液體火箭發(fā)動機的重要發(fā)展方向,而氧/甲烷液體火箭發(fā)動機憑借甲烷燃料優(yōu)秀的冷卻性能,較高的結焦溫度和良好的推進性能成為可重復使用發(fā)動機中最有潛力的一種。推力室作為液體火箭發(fā)動機中的核心部件,其中的燃燒和傳熱過程直接決定著發(fā)動機的性能與可靠性。本文通過數(shù)值模擬方法,以帶有七同軸剪切噴注器的縮尺氣氧/甲烷火箭發(fā)動機推力室為研究對象,詳細分析了燃燒室中的壁面?zhèn)鳠徇^程,混合燃燒過程以及唇口厚度產(chǎn)生的影響,為氧/甲烷火箭發(fā)動機的研制提供一定的指導。本文首先建立了氧/甲烷火箭燃燒室湍流燃燒過程的數(shù)值模型,驗證了基于RANS框架和EDC有限速率模型的數(shù)值方法對該過程的適用性。但對于壁面熱載荷存在著近30%的過高預測。之后本文針對數(shù)值模型對壁面熱載荷預測能力的缺陷做深入的分析,發(fā)現(xiàn)由壁面的強冷卻效應帶來的化學平衡移動會對壁面熱載荷產(chǎn)生顯著地影響,且這一影響還與燃燒室中三維流動效應相耦合。計算結果表明新的耦合壁面函數(shù)可以顯著改進數(shù)值模型對于壁面熱載荷的預測能力,且不影響主流的混合燃燒過程。然...

【文章頁數(shù)】：100 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題背景及研究的目的和意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 液體火箭發(fā)動機的研究發(fā)展現(xiàn)狀
        1.2.2 氧/甲烷火箭發(fā)動機的研究現(xiàn)狀
        1.2.3 燃燒和傳熱過程是火箭燃燒室中的關鍵過程
    1.3 本文的主要研究內(nèi)容
第2章 氣氧/甲烷火箭燃燒室湍流燃燒數(shù)值模型的建立與分析
    2.1 引言
    2.2 氣氧/甲烷火箭燃燒室的物理模型與計算模型
        2.2.1 七噴嘴氣氧/甲烷縮尺火箭燃燒室實驗裝置
        2.2.2 七噴嘴氣氧/甲烷縮尺火箭燃燒室計算域及邊界條件
        2.2.3 數(shù)值模型及數(shù)值求解方法
        2.2.4 網(wǎng)格無關性驗證
    2.3 氣氧/甲烷火箭燃燒室基本湍流燃燒及傳熱過程分析
        2.3.1 燃燒室中甲烷燃燒過程及其階段性特征
        2.3.2 燃燒室中三維旋渦結構的拉伸與推擠作用
    2.4 本章小結
第3章 氧/甲烷火箭燃燒室壁面?zhèn)鳠徇^程的預測改進
    3.1 引言
    3.2 建立考慮強溫度梯度和化學反應的耦合壁面函數(shù)
        3.2.1 壁面函數(shù)的本質(zhì)
        3.2.2 耦合壁面函數(shù)的推導
    3.3 基于UDF的耦合壁面函數(shù)實施辦法及其驗證
        3.3.1 耦合壁面函數(shù)的UDF程序框架
        3.3.2 基于宏DEFINE_ADJUST的參數(shù)計算過程
        3.3.3 耦合壁面函數(shù)的驗證
    3.4 耦合壁面函數(shù)的數(shù)值結果分析
        3.4.1 耦合壁面函數(shù)對壁面熱流預測的顯著改進
        3.4.2 耦合壁面函數(shù)作用機理及其適用性分析
    3.5 本章小結
第4章 氣氧/甲烷火箭燃燒室中主流燃燒過程的階段界定
    4.1 引言
    4.2 化學動力學速率和混合速率的數(shù)字表征
        4.2.1 化學動力學速率的定性表征
        4.2.2 混合速率的定量表征
    4.3 基于混合速率的甲烷燃燒階段界定與局部特征
        4.3.1 氣氧/甲烷燃燒的四個線性階段及控制因素
        4.3.2 氣氧/甲烷燃燒釋熱率與混合強度的統(tǒng)一拋物關系
        4.3.3 燃燒室中三種強混合區(qū)域與火焰發(fā)展的對應關系
    4.4 本章小結
第5章 噴注器唇口厚度對燃燒室中混合區(qū)域的作用及影響
    5.1 引言
    5.2 唇口厚度對局部混合過程的作用
    5.3 局部混合過程改變對燃燒與傳熱過程的影響
        5.3.1 燃燒初始階段的均勻化
        5.3.2 燃燒室前段壁面熱載荷的回落
    5.4 本章小結
結論
參考文獻
攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及其它成果
致謝



本文編號：3803514