發(fā)布時(shí)間：2020-11-21 23:55

　　 隨著我國(guó)國(guó)防事業(yè)的高速發(fā)展,固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)被廣泛應(yīng)用于武器裝備中,在火箭發(fā)射過(guò)程中,發(fā)動(dòng)機(jī)噴管噴出的高溫高壓燃?xì)庥鹆髟跀U(kuò)散過(guò)程中發(fā)生二次燃燒,沖擊發(fā)射平臺(tái),發(fā)生能量轉(zhuǎn)化,平臺(tái)溫度達(dá)到2500K以上,對(duì)發(fā)射平臺(tái)等地面設(shè)備有嚴(yán)重的燒蝕作用。為了減弱燃?xì)庥鹆鲗?duì)發(fā)射平臺(tái)的燒蝕作用,需要通過(guò)注水噴霧的方式對(duì)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)射平臺(tái)進(jìn)行降溫。本文以運(yùn)載火箭發(fā)射為背景,通過(guò)建立縮比模型,利用商業(yè)軟件FLUENT對(duì)液態(tài)水與燃?xì)馍淞鞯南嗷プ饔眠^(guò)程和降溫效果進(jìn)行數(shù)值仿真,為高效的注水降溫系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)提供參考,主要工作包括以下幾個(gè)方面:(1)以組分輸運(yùn)模型為基礎(chǔ),對(duì)自由射流進(jìn)行模擬,得到燃?xì)庥鹆魅�維流場(chǎng)分布結(jié)果,將數(shù)值仿真結(jié)果與已有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相對(duì)比,驗(yàn)證數(shù)值仿真模型的適用性與準(zhǔn)確性,并在自由射流流動(dòng)中考慮了二次燃燒的存在,研究結(jié)果表明:所采用數(shù)值仿真模型可以準(zhǔn)確地模擬自由射流流動(dòng),燃?xì)舛�次燃燒主要發(fā)生在羽流外側(cè)以及沖擊平臺(tái)表面,在二次燃燒發(fā)生區(qū)域溫度會(huì)升高200K到300K左右。(2)建立以DPM模型為基礎(chǔ)的注水模型,對(duì)燃?xì)庥鹆髯⑺�流�?chǎng)進(jìn)行模擬,將得到的注水流場(chǎng)數(shù)值仿真結(jié)果與已有實(shí)驗(yàn)結(jié)果相對(duì)比,驗(yàn)證注水模型的適用性與準(zhǔn)確性,并模擬了在注水情況下,燃?xì)獍l(fā)生二次燃燒對(duì)流場(chǎng)的影響,仿真結(jié)果表明:注水噴霧對(duì)燃?xì)饬鲌?chǎng)下半段結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重,燃?xì)饬鳒囟妊杆傧陆?在對(duì)燃?xì)膺M(jìn)行注水降溫后可以極大程度地抑制燃?xì)獾亩�次燃燒現(xiàn)象。(3)通過(guò)改變噴霧強(qiáng)度、霧錐角、水霧粒徑、噴嘴上游壓力、注水水霧初溫、噴嘴位置、噴嘴安裝角、噴嘴噴注均勻程度等水霧噴注因素,對(duì)沖擊平臺(tái)溫度進(jìn)行對(duì)比,研究相關(guān)噴嘴工作因素與噴嘴位置因素對(duì)燃?xì)饬鲌?chǎng)降溫效果的影響。模擬結(jié)果顯示,噴霧降溫可以大幅度降低沖擊平臺(tái)溫度。在一定范圍內(nèi),應(yīng)盡量加大噴霧強(qiáng)度,噴嘴上游壓力,霧錐角以及噴嘴距沖擊平臺(tái)距離,減小噴嘴安裝角與水霧平均粒徑,以上措施改變了相關(guān)噴注因素,加大了燃?xì)庥鹆骱诵膮^(qū)域水的蒸發(fā)量,從而達(dá)到更好的降溫效果;當(dāng)以上相關(guān)噴注因素超出相應(yīng)范圍時(shí),流場(chǎng)降溫效果將無(wú)明顯變化。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：V435.1
【部分圖文】：

式：div( )V V a dV = n adV ( ) ( grad )V V V VdV n u dA n Γ dA Stφρφ ρφ φ + = + 的離散化法對(duì)區(qū)域進(jìn)行離散化時(shí)，第一步就是將所需要計(jì)子區(qū)域，劃分所得的區(qū)域被稱之為控制體；第二置和此節(jié)點(diǎn)所代表的控制容積。完成計(jì)算區(qū)域的為：節(jié)點(diǎn)、控制容積、界面、網(wǎng)格線。下，把網(wǎng)格間的節(jié)點(diǎn)看做成是所求控制容積的代分的有限體積法計(jì)算網(wǎng)格，圖 2.2 為針對(duì)二維問(wèn)題2.3 是求解三維問(wèn)題時(shí)需要?jiǎng)澐值挠邢摅w積法計(jì)算網(wǎng)

圖 2.2 二維問(wèn)題有限體積法計(jì)算網(wǎng)格圖 2.3 三維問(wèn)題有限體積法計(jì)算網(wǎng)格方程的離散化面已經(jīng)列出來(lái)的流體流動(dòng)的控制方程，通常情況下寫成如下所( )div( )=div( grad )+uu Γ Sρ φρ φ φ +

9圖 2.3 三維問(wèn)題有限體積法計(jì)算網(wǎng)格2、控制方程的離散化對(duì)于在前面已經(jīng)列出來(lái)的流體流動(dòng)的控制方程，通常情況下寫成如下所示的通式：( )div( )=div( grad )+uu Γ Stρ φρ φ φ + （2對(duì)于一維穩(wěn)態(tài)的問(wèn)題滿足以下控制微分方程：( )( )d u d dГ Sdx dx dxρ φ φ= + （2中：u ——物理量φ 在延x方向的流動(dòng)速度即對(duì)流的強(qiáng)度；ρ ——流體本身所具有的密度；S ——廣義源項(xiàng)；Г ——相應(yīng)于φ的廣義擴(kuò)散系數(shù)，表示擴(kuò)散強(qiáng)弱。
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