井下發(fā)射過程燃?xì)馍淞髁鲌?chǎng)研究
發(fā)布時(shí)間：2017-10-05 09:17
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更多相關(guān)文章： 井下發(fā)射 燃?xì)馍淞?/b> 離散格式 湍流模型 復(fù)燃 流場(chǎng)
【摘要】：火箭在井下發(fā)射過程中，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴出的高溫高速燃?xì)饬鲿?huì)對(duì)發(fā)射井內(nèi)設(shè)施造成嚴(yán)重的熱沖擊和動(dòng)力沖擊作用，通過對(duì)井內(nèi)燃?xì)馍淞鞯牧鲃?dòng)進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)射井建設(shè)或防護(hù)提供必要的理論支持。 1.建立了火箭-發(fā)射井模型，研究了某型火箭發(fā)射過程對(duì)發(fā)射井內(nèi)環(huán)境的影響。發(fā)射井處于封閉狀態(tài)，底部設(shè)有導(dǎo)流槽，燃?xì)馍淞髦荒軓膶?dǎo)流槽向外排出，未能被及時(shí)排導(dǎo)的燃?xì)鈱⒃诰畠?nèi)聚集造成井內(nèi)溫度與壓力的升高；井下發(fā)射過程中，發(fā)射井內(nèi)空間較為狹小，高溫高壓射流靠近發(fā)射井井壁，燃?xì)馍淞鲗?duì)發(fā)射井的影響較大。 2.研究了包含組分輸運(yùn)模型的燃?xì)馍淞饔?jì)算結(jié)果情況。對(duì)包含/不包含組分輸運(yùn)模型兩種工況進(jìn)行了仿真，分析了組分輸運(yùn)模型對(duì)仿真結(jié)果的影響，發(fā)現(xiàn)粘性、密度、比熱等氣體參數(shù)的差異對(duì)射流流場(chǎng)會(huì)造成較大的影響，得出了在對(duì)井下燃?xì)馍淞髁鲃?dòng)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算時(shí)，需采用組分輸運(yùn)模型的結(jié)論。 3.研究了不同角度下、不同離散格式下燃?xì)馍淞鲗?duì)發(fā)射井內(nèi)計(jì)算結(jié)果的影響。由于該火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管在發(fā)射過程中會(huì)出現(xiàn)擺動(dòng)用以調(diào)整火箭姿態(tài)。研究該問題的過程中使用了射流處于起始安裝角（小角度）和10度角（大角度）兩種工況進(jìn)行分析；使用了一階迎風(fēng)格式、二階迎風(fēng)格式和QUICK格式，對(duì)不同角度下射流流場(chǎng)進(jìn)行對(duì)比。對(duì)于射流與軸線呈不同夾角情況而言，射流在發(fā)射井內(nèi)的流動(dòng)形式出現(xiàn)了明顯的差異，且由于井內(nèi)空間狹小，射流與井壁的距離較近，因此當(dāng)射流與軸線的角度出現(xiàn)較小改變時(shí)，各測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)將出現(xiàn)較大變化；對(duì)于離散格式而言，由于一階迎風(fēng)格式存在數(shù)值擴(kuò)散的現(xiàn)象，采用一階迎風(fēng)格式會(huì)造成流場(chǎng)的計(jì)算出現(xiàn)較大誤差。二階迎風(fēng)格式和QUICK格式雖然無法完全避免出現(xiàn)數(shù)值粘性的問題，但可以有效減少數(shù)值誤差，兩種格式的計(jì)算結(jié)果較為接近；QUICK格式由于采用曲率修正，在井口處測(cè)點(diǎn)有更好的表現(xiàn)。 4.研究了不同湍流模型對(duì)井內(nèi)燃?xì)馍淞髁鲌?chǎng)計(jì)算結(jié)果的影響，分析了各湍流模型之間數(shù)值計(jì)算結(jié)果的差異，研究了產(chǎn)生差異的主要原因。使用不同湍流模型對(duì)燃?xì)馍淞鞯牧鲃?dòng)模式改變不大，對(duì)局部流動(dòng)的強(qiáng)度有一定影響。通過對(duì)比分析，判斷了對(duì)于類似工程問題更適宜使用的湍流模型。 5.研究了復(fù)燃對(duì)井下發(fā)射燃?xì)馍淞饔?jì)算結(jié)果的影響，使用了兩種角度射流的工況分別使用復(fù)燃模型進(jìn)行仿真，與不使用復(fù)燃模型工況的仿真結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。區(qū)別主要體現(xiàn)在射流對(duì)各測(cè)點(diǎn)造成影響的初期，復(fù)燃作用較為明顯，隨著氧氣的消耗，，復(fù)燃現(xiàn)象逐漸減弱。 6.對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行整理和分析，并將分析結(jié)果與仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。研究了試驗(yàn)數(shù)據(jù)之間存在較大差異的原因，并對(duì)仿真模型進(jìn)行了驗(yàn)證，對(duì)各次實(shí)驗(yàn)過程中燃?xì)馍淞鞯牧鲃?dòng)形式進(jìn)行了判斷。
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【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V553.12;V430
【目錄】：
- 摘要4-6
- Abstract6-12
- 第1章 緒論12-28
- 1.1 本論文研究的目的和意義12-14
- 1.2 國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)14-24
- 1.2.1 燃?xì)馍淞鲾?shù)值模擬14-19
- 1.2.2 誤差分析19-20
- 1.2.3 離散格式20-22
- 1.2.4 湍流模型22-23
- 1.2.5 復(fù)燃流場(chǎng)計(jì)算23-24
- 1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容24-25
- 1.4 論文章節(jié)安排25-28
- 第2章 井下發(fā)射燃?xì)馍淞髁鲌?chǎng)理論模型研究28-45
- 2.1 物理模型28-43
- 2.1.1 流動(dòng)控制方程29-30
- 2.1.2 組分輸運(yùn)方程30-31
- 2.1.3 離散格式31-33
- 2.1.4 湍流模型33-37
- 2.1.5 化學(xué)反應(yīng)模型37-40
- 2.1.6 動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)40-43
- 2.2 計(jì)算方法43-44
- 2.2.1 流場(chǎng)計(jì)算方法43
- 2.2.2 火箭運(yùn)動(dòng)規(guī)律43
- 2.2.3 計(jì)算收斂條件43-44
- 2.3 本章小結(jié)44-45
- 第3章 組分輸運(yùn)模型對(duì)井下發(fā)射射流流場(chǎng)計(jì)算結(jié)果的影響45-59
- 3.1 模型驗(yàn)證45-47
- 3.2 仿真模型說明47-49
- 3.2.1 計(jì)算域說明47-48
- 3.2.2 邊界條件48-49
- 3.2.3 初始條件49
- 3.2.4 算法說明49
- 3.3 仿真結(jié)果分析49-57
- 3.3.1 整體流動(dòng)模式分析49-50
- 3.3.2 兩種工況對(duì)比分析50-57
- 3.4 本章小結(jié)57-59
- 第4章 離散格式對(duì)井下發(fā)射射流流場(chǎng)計(jì)算結(jié)果的影響59-97
- 4.1 一階精度下不同角度燃?xì)馍淞鲗?duì)井內(nèi)流動(dòng)的影響59-72
- 4.1.1 仿真模型59-60
- 4.1.2 仿真結(jié)果分析60-64
- 4.1.3 兩種工況流動(dòng)情況對(duì)比64-71
- 4.1.4 本節(jié)總結(jié)71-72
- 4.2 起始偏轉(zhuǎn)角工況下離散格式對(duì)計(jì)算的影響72-82
- 4.2.1 仿真模型72
- 4.2.2 仿真云圖對(duì)比72-76
- 4.2.3 仿真數(shù)據(jù)對(duì)比76-81
- 4.2.4 本節(jié)總結(jié)81-82
- 4.3 10 度工況下各種離散格式對(duì)計(jì)算的影響82-90
- 4.3.1 仿真模型82
- 4.3.2 仿真云圖對(duì)比82-85
- 4.3.3 仿真數(shù)據(jù)對(duì)比85-90
- 4.3.4 本節(jié)總結(jié)90
- 4.4 使用 QUICK 格式后起始安裝角工況和 10 度工況對(duì)比分析90-94
- 4.4.1 仿真數(shù)據(jù)對(duì)比91-94
- 4.4.2 本節(jié)小結(jié)94
- 4.5 本章總結(jié)94-97
- 第5章 湍流模型對(duì)井下發(fā)射燃?xì)馍淞髁鲃?dòng)計(jì)算結(jié)果的影響97-106
- 5.1 仿真模型97
- 5.2 三種湍流模型各參數(shù)云圖對(duì)比97-101
- 5.2.1 realizable-RNG 模型云圖對(duì)比97-99
- 5.2.2 RNG 與 sst 模型云圖對(duì)比99-101
- 5.3 仿真數(shù)據(jù)對(duì)比101-105
- 5.4 本章小結(jié)105-106
- 第6章 復(fù)燃對(duì)井下發(fā)射燃?xì)馍淞髁鲌?chǎng)計(jì)算結(jié)果的影響106-119
- 6.1 起始安裝角度下復(fù)燃對(duì)流場(chǎng)的影響106-113
- 6.1.1 計(jì)算模型106
- 6.1.2 仿真云圖對(duì)比106-108
- 6.1.3 仿真數(shù)據(jù)對(duì)比108-112
- 6.1.4 本節(jié)總結(jié)112-113
- 6.2 10 度角度下復(fù)燃對(duì)流場(chǎng)的影響113-117
- 6.2.1 計(jì)算模型113
- 6.2.2 仿真云圖對(duì)比113-114
- 6.2.3 仿真數(shù)據(jù)對(duì)比114-117
- 6.2.4 本節(jié)總結(jié)117
- 6.3 本章總結(jié)117-119
- 第7章 實(shí)驗(yàn)與仿真計(jì)算分析119-129
- 7.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析119-122
- 7.1.1 實(shí)驗(yàn)情況119-120
- 7.1.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析120-122
- 7.2 實(shí)驗(yàn)與仿真結(jié)果對(duì)比122-127
- 7.3 本章小結(jié)127-129
- 第8章 結(jié)論與展望129-132
- 8.1 本文研究總結(jié)129-130
- 8.2 本文創(chuàng)新點(diǎn)130-131
- 8.3 進(jìn)一步工作展望131-132
- 參考文獻(xiàn)132-144
- 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單144-146
- 致謝146
【參考文獻(xiàn)】
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本文編號(hào)：975982
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