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固体火箭发动机两相流特性研究

作　者: 张旭
导　师: 郜冶
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 航空宇航推进理论与工程
关键词: 气固两相流 控制方程 颗粒轨道模型 推进剂
分类号: V435
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 376次
引　用: 2次
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内容摘要


含金属固体推进剂火箭发动机之所以能实现大推力、远射程和高机动性能，主要归功于含金属推进剂高能量特性，喷气的高密度比冲，与此同时，凝聚相粒子的存在降低了发动机的推进效率。因此，对发动机内的气-固两相流的研究变得尤为重要。本文首先从两相流的基本理论和输运方程出发，建立其气粒两相流的数学模型，以FLUENT6.2 CFD软件为计算平台，采用数值模拟的方法对发动机内流场进行燃烧室喷管的一体化计算，同时对含粒子的燃气对武器中燃气舵产生的冲刷和剥蚀问题，利用颗粒轨道模型计算其周围粒子负载流场和颗粒轨迹，并将结果与国外相关的文献作了对比，为今后导流叶片的设计和在发动机中广泛应用提供了有用的信息。为了有效的利用空间，有效缩短发动机长度，保证合适的长细比的同时减少飞行器死重，潜入式喷管已经大量的用在大型火箭发动机上，随之而来熔渣沉积问题不容忽视，本文通过计算，将含颗粒情况下火箭发动机流场与纯气相流场作了比较，分析了颗粒的存在对流场的影响以及不同颗粒沉积情况。另外，金属的含量直接决定了推进剂的能量特性。本文从一个实际的发动机设计出发，采用化学平衡常数法对推进剂能量特性和发动机性能作了详细的计算和比较，计算表明，纯金属粉末作为燃料密度能量特性高、放热量大、燃烧形式灵活，而且在推进剂中加金属粉末的发动机综合性能好，尤其能实现大推力、长工作时间的要求，在水下武器推进系统中将发挥巨大的作用。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第1章 绪论  9-14
  1.1 选题的目的和意义  9-10
  1.2 国内外研究状况  10-13
  1.3 本文主要研究内容  13-14
第2章 固体火箭发动机内两相流场的基本性质与数学模型的建立  14-31
  2.1 固体火箭发动机内两相流场的基本性质  14-18
    2.1.1 颗粒相的基本性质  14-16
    2.1.2 颗粒间的物理作用  16-17
    2.1.3 颗粒阻力、传热传质及反应  17-18
  2.2 气-粒两相流动基本数学特性  18-21
    2.2.1 流动类型判断  18-19
    2.2.2 表观密度和体积分数  19-20
    2.2.3 多相或两相流系统控制体  20-21
    2.2.4 体平均概念的提出  21
  2.3 固体火箭发动机内气-粒两相流数学模型的建立  21-30
    2.3.1 相内的“微观”守恒方程  21-22
    2.3.2 层流多相流动的体积平均守恒方程  22-28
    2.3.3 湍流气-粒两(多)相流动的时均方程组  28-30
  2.4 本章小结  30-31
第3章 颗粒相模型及气固两相流场数值计算方法  31-43
  3.1 颗粒相模型的建立  31-38
    3.1.1 概述  31-32
    3.1.2 颗粒轨道模型  32-38
  3.2 固体火箭发动机内湍流两相流数值计算方法  38-42
    3.2.1 控制方程的离散  38-39
    3.2.2 颗粒相在控制方程中的数值处理  39-40
    3.2.3 边界条件的设定  40-41
    3.2.4 气粒两相耦合方法及计算流程  41-42
  3.3 本章小结  42-43
第4章 数值模拟结果与分析  43-59
  4.1 引言  43
  4.2 火箭发动机内喷气舵周围负载流场数值研究  43-50
    4.2.1 问题描述  43-44
    4.2.2 边界条件和模型选择  44-45
    4.2.3 网格划分  45
    4.2.4 结果分析  45-50
  4.3 含潜入式喷管的固体火箭发动机内流场数值研究  50-58
    4.3.1 问题描述  50-51
    4.3.2 边界条件  51-52
    4.3.3 计算结果与分析  52-58
  4.4 本章小结  58-59
第5章 含金属推进剂性能研究与发动机可行性分析  59-76
  5.1 问题描述  59
  5.2 推进剂配方与发动机的分类  59-61
  5.3 推进剂热力性能计算及发动机特性计算  61-70
    5.3.1 基本假设  61-62
    5.3.2 计算方法  62-63
    5.3.3 计算过程  63-70
  5.4 四种推进剂及发动机性能综合比较  70-73
    5.4.1 计算结果比较  70-72
    5.4.2 结果分析  72-73
  5.5 可行性方案分析  73-75
  5.6 本章小结  75-76
结论  76-78
参考文献  78-81
攻读硕士学位期间发表的论文  81-82
致谢  82

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中图分类: > 航空、航天 > 航天（宇宙航行） > 推进系统（发动机、推进器） > 固体推进剂火箭发动机
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