本文關(guān)鍵詞：基于燃面耦合傳熱的固液發(fā)動機工作過程仿真

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【摘要】：固液火箭發(fā)動機具有成本低、安全性好、推力可控等優(yōu)點,是化學(xué)推進(jìn)領(lǐng)域的一個重要類別。固液火箭發(fā)動機的燃燒受到傳熱、流動、結(jié)構(gòu)等多種因素影響,使其性能預(yù)示非常困難,也制約了這種發(fā)動機的應(yīng)用。本文從仿真的角度出發(fā),建立了基于燃面耦合傳熱的數(shù)值模擬方法,得到了固液發(fā)動機工作過程仿真的有效途徑。本文以某固液發(fā)動機作為研究對象,基于發(fā)動機性能計算的化學(xué)平衡方法,建立了固液發(fā)動機內(nèi)彈道計算模型,并通過該模型計算了實驗發(fā)動機的內(nèi)彈道,得到了發(fā)動機燃面退移速率、室壓、推力、比沖等參數(shù)的變化規(guī)律。針對固液混合火箭發(fā)動機燃燒室內(nèi)的流動和燃燒,詳細(xì)分析了固體燃料擴散燃燒的原理,建立了基于流場與固體燃料之間耦合傳熱模型、湍流模型及PDF燃燒模型的綜合計算模型。開展了計算模型的驗證,計算結(jié)果與實驗結(jié)果符合較好。應(yīng)用該模型計算了二維固液實驗發(fā)動機燃燒室及三維的固液燃燒室,得到了較為詳細(xì)的燃燒室內(nèi)流場以及固體燃料的退移速率。針對內(nèi)孔燃燒的實驗發(fā)動機,應(yīng)用本文建立的計算模型,分別計算了發(fā)動機內(nèi)彈道和內(nèi)流場,得到了較為一致的總體性能參數(shù)。初步研究了補燃室結(jié)構(gòu)、喉徑等參數(shù)對發(fā)動機性能的影響。研究表明,本文所建立的固液發(fā)動機內(nèi)彈道計算方法和基于燃面耦合傳熱的數(shù)值模擬方法可以較好地模擬混合發(fā)動機工作過程,為進(jìn)一步開展混合發(fā)動機的工程研究奠定基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：固液發(fā)動機 內(nèi)彈道 退移速率 熱耦合 PDF燃燒模型 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V436
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-15
• 1.1 研究背景及意義9-10
• 1.2 研究現(xiàn)狀10-13
• 1.2.1 固液發(fā)動機的應(yīng)用10-11
• 1.2.2 燃燒室內(nèi)流場數(shù)值仿真11-12
• 1.2.3 燃料退移速率的模擬表述12-13
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容13-15
• 2 固液發(fā)動機理論性能及內(nèi)彈道分析15-30
• 2.1 化學(xué)平衡計算模型15-23
• 2.1.1 狀態(tài)方程15
• 2.1.2 最小Gibbs自由能15-18
• 2.1.3 Gibbs迭代方程18-19
• 2.1.4 熱力學(xué)偏導(dǎo)數(shù)19
• 2.1.5 溫度偏導(dǎo)數(shù)19-20
• 2.1.6 壓強的偏導(dǎo)數(shù)20-21
• 2.1.7 平衡組分的求解21-23
• 2.2 發(fā)動機性能參數(shù)的計算23-26
• 2.2.1 性能參數(shù)計算的假設(shè)23
• 2.2.2 性能參數(shù)計算23-24
• 2.2.3 化學(xué)平衡假設(shè)下性能參數(shù)計算過程24-26
• 2.3 性能計算估計26-27
• 2.4 內(nèi)彈道計算27-29
• 2.4.1 燃面退移速率公式29
• 2.4.2 室壓和推力29
• 2.5 本章小結(jié)29-30
• 3 固液發(fā)動機數(shù)值仿真分析30-64
• 3.1 固液發(fā)動機的工作原理30
• 3.2 數(shù)值仿真方法30-40
• 3.2.1 物理模型31-32
• 3.2.2 控制方程32-33
• 3.2.3 湍流模型33-34
• 3.2.4 計算方法34-36
• 3.2.5 燃燒模型36-37
• 3.2.6 邊界條件37-38
• 3.2.7 固體燃料表面38-40
• 3.3 模型的算例驗證40-42
• 3.3.1 算例140-41
• 3.3.2 算例241-42
• 3.4 二維發(fā)動機仿真42-54
• 3.4.1 幾何模型42-44
• 3.4.2 網(wǎng)格生成44
• 3.4.3 邊界條件的確定44-45
• 3.4.4 指定退移速率、κ-ω模型的計算結(jié)果45-47
• 3.4.5 UDF耦合壁面?zhèn)鳠帷ⅵ?ω湍流模型、有限速率反應(yīng)燃燒模型47-50
• 3.4.6 UDF耦合壁面?zhèn)鳠�、�?ω湍流模型、PDF模型50-54
• 3.5 計算模型的對比分析54-56
• 3.5.1 燃燒模型對比54-55
• 3.5.2 指定退移速率與UDF燃面耦合傳熱的對比55-56
• 3.6 發(fā)動機三維數(shù)值模擬56-62
• 3.6.1 初始時刻的流場58-60
• 3.6.2 肉厚燃燒15mm后的流場60-62
• 3.7 本章小結(jié)62-64
• 4 基于數(shù)值模擬的內(nèi)彈道計算和結(jié)構(gòu)設(shè)計64-76
• 4.1 內(nèi)彈道計算與數(shù)值仿真模擬參數(shù)分析64-69
• 4.1.1 內(nèi)彈道程序計算64-65
• 4.1.2 內(nèi)彈道數(shù)值仿真模擬65-66
• 4.1.3 參數(shù)分析66-69
• 4.2 結(jié)構(gòu)對內(nèi)彈道參數(shù)影響69-75
• 4.2.1 喉部直徑69-71
• 4.2.2 補燃室長度71-75
• 4.3 本章小結(jié)75-76
• 5 結(jié)論76-78
• 5.1 本文的主要成果76
• 5.2 本文的主要特色及創(chuàng)新點76
• 5.3 進(jìn)一步的工作和建議76-78
• 參考文獻(xiàn)78-81
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況81-82
• 致謝82-83

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本文編號：695453