本文關(guān)鍵詞：復(fù)合固體推進(jìn)劑烤燃特性的實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值模擬

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【摘要】：本文以固體火箭發(fā)動機(jī)的熱安全性為背景,從實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬兩個方面對AP/HTPB復(fù)合固體推進(jìn)劑的烤燃過程進(jìn)行研究。主要研究內(nèi)容如下：(1)設(shè)計了小尺度固體推進(jìn)劑烤燃模擬實(shí)驗(yàn)裝置,以AP/HTPB復(fù)合推進(jìn)劑為研究對象,考慮藥柱外壁包覆層的影響,采用熱電偶和攝像系統(tǒng)分別對其快速與慢速烤燃過程進(jìn)行研究。結(jié)果表明,快速烤燃條件下,烤燃響應(yīng)最初發(fā)生在藥柱外壁附近,而慢速烤燃條件下,烤燃響應(yīng)最初發(fā)生在藥柱內(nèi)部中心附近。(2)針對AP/HTPB復(fù)合推進(jìn)劑的烤燃過程建立了二維非穩(wěn)態(tài)烤燃理論模型,分別對不同實(shí)驗(yàn)工況下推進(jìn)劑的烤燃過程進(jìn)行數(shù)值模擬,將計算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果進(jìn)行對比分析。結(jié)果表明,計算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測量數(shù)據(jù)吻合較好,證明了該模型的正確性與合理性。(3)采用本文所建立的AP/HTPB推進(jìn)劑烤燃模型,利用CFD軟件分別對固體火箭發(fā)動機(jī)的慢速烤燃行為和快速烤燃行為進(jìn)行數(shù)值分析。結(jié)果表明,在慢速烤燃條件下,固體發(fā)動機(jī)的最初著火位置發(fā)生在藥柱內(nèi)壁縱向1mm肉厚的環(huán)形區(qū)域內(nèi),且隨著升溫速率的增大,最初著火位置由中心區(qū)域向藥柱殼體端面移動；在快速烤燃條件下,固體發(fā)動機(jī)的最初著火位置發(fā)生在靠近噴管的藥柱外壁一環(huán)形區(qū)域內(nèi),且隨著火焰溫度的提高,著火延遲期快速縮短,著火溫度逐漸增大。(4)建立了AP/HTPB復(fù)合推進(jìn)劑二維穩(wěn)杰微尺度燃燒模型,研究了AP/HTPB烤燃響應(yīng)后的燃燒特性。分別對其在不同壓力下的微觀火焰結(jié)構(gòu)以及燃燒特性進(jìn)行數(shù)值模擬,結(jié)果表明,隨著環(huán)境壓力的升高,微觀燃燒火焰由預(yù)混結(jié)構(gòu)逐漸發(fā)展為擴(kuò)散結(jié)構(gòu),熱釋放率對燃燒表面的熱反饋逐漸增強(qiáng),火焰核心逐漸貼近燃面。
【關(guān)鍵詞】：熱安全性 烤燃實(shí)驗(yàn) AP/HTPB復(fù)合固體推進(jìn)劑 固體火箭發(fā)動機(jī) 火焰結(jié)構(gòu) 數(shù)值計算
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V512
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 主要符號表13-14
• 1 緒論14-22
• 1.1 研究背景與意義14-15
• 1.2 國內(nèi)外研究狀況15-21
• 1.2.1 烤燃實(shí)驗(yàn)研究15-17
• 1.2.2 烤燃數(shù)值模擬研究17-19
• 1.2.3 復(fù)合固體推進(jìn)劑穩(wěn)態(tài)燃燒模型研究19-21
• 1.3 本文主要工作21-22
• 2 復(fù)合固體推進(jìn)劑烤燃特性實(shí)驗(yàn)研究22-28
• 2.1 引言22
• 2.2 實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計22-23
• 2.3 測試方法與實(shí)驗(yàn)儀器23-24
• 2.4 樣品制備24-25
• 2.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析25-26
• 2.6 本章小結(jié)26-28
• 3 復(fù)合固體推進(jìn)劑二維非穩(wěn)態(tài)烤燃理論模型與數(shù)值分析28-36
• 3.1 引言28
• 3.2 理論模型28-31
• 3.2.1 基本假設(shè)28-29
• 3.2.2 基本方程29-30
• 3.2.3 邊界條件與初始條件30-31
• 3.2.4 網(wǎng)格劃分31
• 3.3 FLUENT計算軟件介紹31-32
• 3.4 計算結(jié)果與分析32-35
• 3.4.1 計算方法及基本參數(shù)32
• 3.4.2 計算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比32-35
• 3.5 本章小結(jié)35-36
• 4 固體火箭發(fā)動機(jī)慢速烤燃特性的數(shù)值預(yù)測36-44
• 4.1 引言36
• 4.2 理論模型36-38
• 4.2.1 基本假設(shè)36-37
• 4.2.2 基本方程37
• 4.2.3 邊界條件與初始條件37-38
• 4.3 模型尺寸與網(wǎng)格劃分38
• 4.4 計算結(jié)果與分析38-43
• 4.4.1 計算方法與基本參數(shù)38-39
• 4.4.2 計算結(jié)果與國外實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比39-40
• 4.4.3 固體火箭發(fā)動機(jī)慢烤燃特性數(shù)值結(jié)果與分析40-43
• 4.5 本章小結(jié)43-44
• 5 固體火箭發(fā)動機(jī)快速烤燃特性的數(shù)值預(yù)測44-55
• 5.1 引言44
• 5.2 理論模型44-47
• 5.2.1 基本假設(shè)44-45
• 5.2.2 基本方程45-46
• 5.2.3 邊界條件與初始條件46-47
• 5.3 模型尺寸與網(wǎng)格劃分47-48
• 5.4 計算結(jié)果與分析48-53
• 5.4.1 計算方法與基本參數(shù)48
• 5.4.2 計算結(jié)果與國外實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比48
• 5.4.3 固體火箭發(fā)動機(jī)快速烤燃特性的模擬結(jié)果與分析48-53
• 5.5 本章小結(jié)53-55
• 6 AP/HTPB復(fù)合固體推進(jìn)劑微尺度燃燒特性的數(shù)值模擬55-68
• 6.1 引言55
• 6.2 物理模型55-56
• 6.3 數(shù)學(xué)模型56-59
• 6.3.1 化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)56-57
• 6.3.2 氣相控制方程57-58
• 6.3.3 固相能量方程58
• 6.3.4 燃面耦合關(guān)系58-59
• 6.3.5 邊界條件59
• 6.4 網(wǎng)格劃分與求解參數(shù)設(shè)置59-60
• 6.5 數(shù)值模擬結(jié)果與分析60-67
• 6.6 本章小結(jié)67-68
• 7 結(jié)論與展望68-71
• 7.1 全文總結(jié)及主要結(jié)論68-69
• 7.2 本文創(chuàng)新點(diǎn)69
• 7.3 工作展望69-71
• 致謝71-72
• 參考文獻(xiàn)72-81
• 附錄81

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