為了研究水環(huán)境下發(fā)動(dòng)機(jī)噴管流動(dòng)分離現(xiàn)象以及影響因素和規(guī)律,基于VOF多相流模型和SST k-ω湍流模型,建立了水環(huán)境下固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴流流場(chǎng)數(shù)值仿真模型,并進(jìn)行了不同噴管擴(kuò)張比和NPR（燃燒室總壓與環(huán)境壓強(qiáng)之比）下的噴流流場(chǎng)數(shù)值模擬。通過數(shù)值仿真分析獲得了水環(huán)境下噴管內(nèi)發(fā)生流動(dòng)分離時(shí)推力、壓力特征和流場(chǎng)非定常變化特征,水環(huán)境下噴管內(nèi)流動(dòng)分離具有強(qiáng)烈的非定常振蕩特征,分離激波會(huì)在分離點(diǎn)與發(fā)動(dòng)機(jī)噴管出口之間呈現(xiàn)推進(jìn)-返回-推進(jìn)周期性振蕩的流動(dòng)特征。同時(shí),獲得了噴管擴(kuò)張比和NPR對(duì)流動(dòng)分離特征的影響規(guī)律,相同水深環(huán)境下不同擴(kuò)張比噴管對(duì)流動(dòng)分離點(diǎn)位置影響較小; NPR越小,流動(dòng)分離點(diǎn)的位置處噴管擴(kuò)張比越小。 

【文章來源】：固體火箭技術(shù). 2020,43(01)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

初始計(jì)算域

從圖6噴管外部壓力和體積分?jǐn)?shù)分步云圖可看出，伴隨著噴管內(nèi)部流動(dòng)分離點(diǎn)位置的變化，噴管內(nèi)部壓力分布和體積分?jǐn)?shù)分布也在不斷變化，在分離激波處壓力分布呈現(xiàn)突變特征，激波前壓力呈現(xiàn)噴管內(nèi)低壓分布特征，激波后壓力趨于環(huán)境壓力，而在分離點(diǎn)體積分?jǐn)?shù)也呈現(xiàn)氣-水分離特征。同時(shí)，噴管出口的燃?xì)馍淞餍螒B(tài)也是不斷膨脹、斷裂和收縮的，噴管外部環(huán)境壓力也同樣呈非定常振蕩變化特征。2.2 流動(dòng)分離時(shí)壓力分布特征和推力特征

通過分析最小噴管擴(kuò)張比分離點(diǎn)位置對(duì)應(yīng)時(shí)刻噴管內(nèi)壁面壓力分布，如圖8所示。從圖8中可分析出流動(dòng)分離點(diǎn)所處噴管位置擴(kuò)張比在3.4左右，與噴管理論設(shè)計(jì)能夠適應(yīng)深水水深環(huán)境壓力的擴(kuò)張比量值是一致的。流動(dòng)分離點(diǎn)前噴管內(nèi)壁面壓力沿著噴管軸線向外逐漸降低，在分離點(diǎn)附近區(qū)域壓力開始上升，甚至高于環(huán)境壓力，并在下游逐漸趨于水深環(huán)境壓力。從圖8噴管內(nèi)壓力分布與噴管內(nèi)為滿流狀態(tài)時(shí)壓力分布對(duì)比來看，噴管內(nèi)為滿流狀態(tài)時(shí)噴管內(nèi)壓力沿著噴管軸向向外是一直逐漸降低的，在擴(kuò)張比3.4前的壓力分布與發(fā)生流動(dòng)分離時(shí)流動(dòng)分離點(diǎn)前的壓力分布是一致的，這也說明流動(dòng)分離對(duì)分離點(diǎn)前的壓力分布沒有影響;在擴(kuò)張比大于3.4的噴管內(nèi)壁面，噴管內(nèi)為滿流狀態(tài)時(shí)壁面壓力持續(xù)降低，且小于環(huán)境壓力。這也就解釋了發(fā)動(dòng)機(jī)噴管內(nèi)流動(dòng)分離時(shí)推力出現(xiàn)明顯增大的現(xiàn)象，如圖9所示，流動(dòng)分離時(shí)推力量值明顯高于噴管內(nèi)滿流時(shí)推力量值。

【參考文獻(xiàn)】：
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