本文關(guān)鍵詞： 氮氫電弧加熱發(fā)動機 非平衡 數(shù)值模擬 化學(xué)動力學(xué) 電推進　出處：《中國空間科學(xué)技術(shù)》2016年03期 　論文類型：期刊論文

【摘要】：文章對低功率氮氫電弧加熱發(fā)動機進行了雙溫度化學(xué)非平衡數(shù)值模擬研究,模型中包含總的能量方程和電子能量方程,等離子體組分包括分子、原子、離子和電子等7個組分,采用的化學(xué)動力學(xué)模型中包含了氮氫組分解離、電離等重要的動力學(xué)過程,氣體的物性根據(jù)當(dāng)?shù)氐慕M分和溫度實時計算。通過計算獲得了發(fā)動機內(nèi)部氣體溫度及各組分?jǐn)?shù)密度分布。結(jié)果表明,發(fā)動機軸線附近等離子體接近熱力學(xué)平衡,而在發(fā)動機陽極壁面電弧貼附區(qū)域等離子體明顯偏離熱力學(xué)平衡;計算獲得的組分分布表明電弧加熱發(fā)動機內(nèi)存在反混合過程,即發(fā)動機內(nèi)各組分分布與入口濃度分布明顯不同。氫組分由發(fā)動機中心到陽極壁面沿徑向呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢;而氮組分的濃度分布趨勢與氫組分相反;進一步的分析表明,發(fā)動機內(nèi)各組分的擴散主要受到氣體解離和電離過程引起的濃度梯度所驅(qū)動。
[Abstract]:In this paper, the two-temperature chemical non-equilibrium numerical simulation of low-power nitrogen-hydrogen arc heating engine is carried out. The model includes the total energy equation and the electron energy equation, and the plasma components include seven components: molecule, atom, ion and electron. The chemical kinetic models used include important kinetic processes, such as nitrogen and hydrogen decomposition, ionization, and so on. The physical properties of the gas are calculated in real time according to the local composition and temperature. The gas temperature and fraction density distribution in the engine are obtained by calculation. The results show that the plasma near the engine axis is close to thermodynamic equilibrium. However, the plasma in the arc attachment region of the anode wall of the engine deviates significantly from the thermodynamic equilibrium, and the calculated component distribution indicates that there is an inverse mixing process in the arc heating engine. That is to say, the distribution of each component in the engine is obviously different from that of the inlet concentration. The hydrogen component decreases first and then increases along the radial direction from the center of the engine to the anode wall, while the concentration distribution trend of the nitrogen component is opposite to that of the hydrogen component. Further analysis shows that the diffusion of each component in the engine is mainly driven by the concentration gradient caused by the gas dissociation and ionization process.
【作者單位】： 北京控制工程研究所;哈爾濱工業(yè)大學(xué);北京航空航天大學(xué)宇航學(xué)院;
【基金】：國家自然科學(xué)基金(11575019,11275021) 民用航天項目(混合模式推進系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù))
【分類號】：V430

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本文編號：1515145