电热化学发射中等离子体点火时的辐射换热过程

论文摘要

在对ETC推进技术的研究中，等离子体流的辐射效应越来越受到学者们的重视，有试验证实辐射能损失约占总能量的7％，同时在热传递中，辐射热流会随着燃烧室温度的升高而显著增长，辐射在热传递中起主要作用。因此对等离子体流辐射特性的了解，对研究ETC技术有着极其重要的意义。本文通过理论建模和数值模拟两种途径分别对等离子体流辐射效应进行研究：(1)在忽略导热的情况下，在理论上建立等离子体流、发射药和燃烧室壁面间的辐射方程，并对方程的数值求解方法进行讨论；(2)在数值模拟方面，借助fluent软件，建立燃烧室的辐射模型，通过比较模拟，对等离子体流、发射药和燃烧室壁面间的辐射特性和能量损失进行进一步了解，并以此希望为今后ETC辐射换热方法的研究提供借鉴。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 电热化学炮推进技术探讨
• 1.2.1 电热化学炮结构原理
• 1.2.2 电热化学中等离子体点火特性
• 1.2.3 颗粒辐射和气体辐射的差异
• 1.3 辐射换热国内外研究现状
• 1.3.1 理论模型方面
• 1.3.2 实验方面
• 1.4 本课题任务
• 2 等离子体辐射换热模型的建立
• 2.1 等离子体和固体发射药颗粒间能量关系
• 2.1.1 等离子流和发射药能量关系的一般式
• 2.1.2 等离子流的辐射热通量的一般性讨论
• 2.1.3 辐射通量在本课题中简化
• 2.1.4 等离子体和固体发射药颗粒间的能量平衡方程的最终形式
• 2.2 等离子体和燃烧室壁面间能量关系
• 2.2.1 等离子体和燃烧室壁面间的能量平衡方程的一般式
• 2.2.2 燃烧室壁面间投射辐射能的讨论
• 2.2.3 等离子体和燃烧室壁面间的能量平衡方程的最终方程
• 2.3 等离子体、固体发射药颗粒和燃烧室壁面间能量关系
• 2.4 等离子辐射换热模型的最终式
• 3 等离子体辐射换热模型求解探讨
• 3.1 无量纲化
• 3.2 积分方程的求解方法
• 3.3 积分方程在本课题中简化
• 3.4 讨论
• 4 等离子体辐射换热数值模拟的前期准备
• 4.1 流体计算模型的选择
• 4.1.1 流体的形态
• 4.1.2 湍流计算模型的选择
• 4.1.3 湍流强度的计算
• 4.2 辐射模型的选择
• 4.3 辐射换热模型数值计算流程
• 4.4 建模和边界条件的设定
• 4.4.1 建模
• 4.4.2 网格划分
• 4.4.3 物理参数及初始条件设定
• 5 等离子体辐射换热数值模拟
• 5.1 不考虑等离子体辐射效应
• 5.1.1 收敛的判定
• 5.1.2 计算结果
• 5.2 考虑等离子体辐射效应
• 5.2.1 等离子体流入口温度 20000K
• 5.2.2 等离子体流入口温度 10000K
• 5.3 结果讨论
• 5.3.1 对燃烧室温度场的讨论
• 5.3.2 对整体发射药温度场的讨论
• 5.3.3 对燃烧室壁面温度场及能量损失的讨论
• 5.4 小结
• 6 全文总结
• 致谢
• 参考文献