本文關(guān)鍵詞：液體火箭發(fā)動機燃料貯箱出流塌陷夾氣現(xiàn)象的研究

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【摘要】：液體火箭發(fā)動機燃料貯箱是火箭貯存和輸送液體燃料的唯一裝置。貯箱內(nèi)填充加壓氣體,如果貯箱設(shè)計不當(dāng),液體燃料出流末期液面會產(chǎn)生嚴(yán)重的塌陷現(xiàn)象,導(dǎo)致輸送管內(nèi)夾氣,引起渦輪泵空化,造成發(fā)動機不能正常工作,將對整個動力系統(tǒng)產(chǎn)生非常不利的影響,故對液體火箭貯箱出流塌陷過程進行研究有著非常重要的意義。本文以某新型液體火箭發(fā)動機貯箱為研究對象,討論并建立了適用于貯箱出流塌陷過程的數(shù)值計算方法,研究了液體火箭發(fā)動機燃料出流塌陷過程的流動特性,分析了出流流量、周向擾動和晃動對塌陷夾氣過程的影響,主要成果如下:建立了液體火箭發(fā)動機燃料貯箱出流塌陷夾氣過程的數(shù)值計算方法。應(yīng)用均相流模型、Level Set相界面構(gòu)造方法和k??湍流模型,建立了貯箱出流塌陷夾氣過程的氣液兩相湍流計算模型,成功模擬了貯箱出流塌陷夾氣的非定常流動過程。研究了液體火箭發(fā)動機貯箱出流塌陷夾氣過程的流動特性。整個塌陷夾氣過程平穩(wěn)發(fā)展,具有非常好的出流對稱性;箱內(nèi)液體速度均表現(xiàn)為由四周向出流管口流動的規(guī)律,軸向向下運動的速度表現(xiàn)為主要的分速度,且液體所在高度越低,離出流管越近,速度越大;當(dāng)液面高度降低時,由于出流速度不足以滿足出口對流量的需求,發(fā)生塌陷夾氣。分析了出流流量對液體火箭發(fā)動機貯箱出流塌陷夾氣過程的影響。研究發(fā)現(xiàn):出流速度越低,出流管半徑越小,即出流流量越小,對應(yīng)的液面塌陷高度越低,箱內(nèi)液體剩余量越少,燃料利用率越高。擬合不同流量工況時的塌陷臨界液深,分析發(fā)現(xiàn),塌陷的臨界液深與出流流量之間呈函數(shù)關(guān)系。分析了周向擾動對液體火箭發(fā)動機貯箱出流塌陷夾氣過程的影響。周向擾動改變了與液面平行面上液體的速度分布,在出流初期,由于液面較高,從液面到出口有足夠的軸向向下速度,因此周向擾動未對出流造成影響;隨著液面下降,出流管上方軸向速度難以滿足出流速度要求,同時周向擾動使得與液面平行的面速度無法補充軸向速度,因此在有擾動情況下液面塌陷面積增大,塌陷加速發(fā)展。分析了液體火箭發(fā)動機貯箱出流晃動速度對塌陷夾氣過程的影響�；蝿訉Τ隽饔绊懯秋@著的,不同程度的晃動均會大幅提前出流塌陷夾氣的過程,導(dǎo)致液體剩余量增加,燃料利用率降低;一般情況下,晃動頻率越小,幅度越大,出流夾氣發(fā)展越快;但晃動對夾氣的影響不是單一變化的,受晃動頻率和晃動幅度的雙重影響,當(dāng)晃動的頻率與幅度達(dá)到某種特定關(guān)系時(都比較大時),塌陷先沿橫向發(fā)展,縱向發(fā)展速度較慢,這種發(fā)展方式可以有效延遲晃動夾氣的發(fā)展。
【關(guān)鍵詞】：塌陷夾氣 出流流量 臨界液深 周向擾動 晃動
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V434
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 緒論11-17
• 1.1 本課題研究背景11
• 1.2 貯箱出流塌陷夾氣的研究現(xiàn)狀及發(fā)展11-16
• 1.2.1 夾氣現(xiàn)象分類12-14
• 1.2.2 國內(nèi)外有關(guān)塌陷夾氣的研究方法14-16
• 1.3 本課題的主要工作16-17
• 第2章 貯箱出流數(shù)值計算方法17-36
• 2.1 多相流模型17-19
• 2.1.1 均相流模型17-18
• 2.1.2 非均相流模型18-19
• 2.1.3 多相流模型的選取19
• 2.2 相界面構(gòu)造方法19-24
• 2.2.1 Level Set方法20-21
• 2.2.2 Mixture模型21
• 2.2.3 相界面模型的選取21-24
• 2.3 湍流模型24-31
• 2.3.1 標(biāo)準(zhǔn)~(k-ε)模型24-25
• 2.3.2 RNG~(k-ε模型25
• 2.3.3 標(biāo)準(zhǔn)~(k -ω)模型25-26
• 2.3.4 SST~(k -ω)模型26-31
• 2.4 數(shù)值計算方法驗證31-35
• 2.5 本章小節(jié)35-36
• 第3章 貯箱出流塌陷夾氣現(xiàn)象分析36-67
• 3.1 出流及塌陷過程分析36-45
• 3.1.1 塌陷過程描述36-41
• 3.1.2 塌陷機理分析41-45
• 3.2 外界因素對塌陷影響分析45-66
• 3.2.1 出流流量對塌陷影響分析45-49
• 3.2.2 周向擾流對塌陷影響分析49-57
• 3.2.3 晃動速度對塌陷影響分析57-66
• 3.3 本章小結(jié)66-67
• 第4章 結(jié)論與展望67-69
• 4.1 主要結(jié)論67-68
• 4.2 工作展望68-69
• 參考文獻69-72
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單72-73
• 致謝73

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 胡平信,劉國球;液體火箭發(fā)動機的技術(shù)發(fā)展與展望[J];導(dǎo)彈與航天運載技術(shù);1998年02期

2 王海斌,張嘉鐘,魏英杰,于開平,賈力平;空泡形態(tài)與典型空化器參數(shù)關(guān)系的研究——小空泡數(shù)下的發(fā)展空泡形態(tài)[J];水動力學(xué)研究與進展(A輯);2005年02期

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本文編號：663559