粉末式水冲压发动机构型研究

论文摘要

粉末式水冲压发动机作为水冲压发动机的一个重要分支,具有能量密度高、推力可调、绿色环保等优点,是一种新型的水下推进系统。本文采用理论分析和数值模拟相结合的方法,对发动机的结构、工作过程和特性进行了探索性研究。介绍并分析了再生冷却系统传热机理以及各部分传热的数学模型,为本文粉末式水冲压发动机构型的确立奠定了基础。对不同稳燃装置的燃烧组织过程进行数值模拟研究,比较并分析各装置的优缺点,确立大速差射流稳燃装置作为本文研究的燃烧组织方式。以再生冷却系统为前提,采用二次进水的方式,结合大速差射流稳燃技术,建立了粉末式水冲压发动机的概念构型。通过对不同的发动机结构进行数值模拟研究并对比分析,确定本文研究发动机的基本构型。对粉末式水冲压发动机燃烧室内流场进行数值模拟研究,从燃烧效率和再生冷却效果等方面分析了颗粒粒径、一次水燃比和二次进水位置等参数对发动机燃烧的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外相关研究综述
• 1.2.1 水冲压发动机技术的研究和应用
• 1.2.2 金属颗粒燃烧理论研究
• 1.2.3 粉末燃料供应系统研究
• 1.3 本文研究内容
• 第二章 粉末式水冲压发动机相关技术基础及构型总体方案
• 2.1 引言
• 2.2 粉末式水冲压发动机再生冷却系统理论
• 2.2.1 再生冷却系统物理模型
• 2.2.2 燃气对壁面的传热模型
• 2.2.3 薄壁内的热传导模型
• 2.2.4 冷却水沸腾换热模型
• 2.3 粉末式水冲压发动机稳燃技术分析
• 2.3.1 钝体燃烧器稳燃装置
• 2.3.2 旋流燃烧器稳燃装置
• 2.3.3 大速差射流稳燃装置
• 2.4 粉末式水冲压发动机构型设计方案
• 2.5 本章小结
• 第三章 粉末式水冲压发动机稳燃装置数值模拟研究
• 3.1 引言
• 3.2 数值计算模型
• 3.2.1 两相流计算模型
• 3.2.2 颗粒轨道模型控制方程
• 3.2.3 湍流模型
• 3.2.4 镁颗粒点火燃烧模型
• 3.2.5 气相燃烧模型
• 3.3 稳燃装置数值模拟研究
• 3.3.1 燃烧室结构模型
• 3.3.2 边界条件
• 3.3.3 初始条件
• 3.4 四种稳燃装置数值模拟结果对比分析
• 3.4.1 小粒径颗粒下各稳燃装置数值模拟研究
• 3.4.2 大粒径颗粒下各稳燃装置数值模拟研究
• 3.5 数值计算模型的正确性验证
• 3.6 本章小结
• 第四章 粉末式水冲压发动机构型数值模拟研究
• 4.1 引言
• 4.2 数值计算模型
• 4.2.1 壁面换热模型
• 4.2.2 辐射换热模型
• 4.3 发动机构型数值模拟研究
• 4.3.1 计算物理模型及边界条件
• 4.3.2 发动机燃烧室流场参数分布对比
• 4.4 不同颗粒直径下的燃烧数值模拟研究
• 4.4.1 计算物理模型及边界条件
• 4.4.2 发动机燃烧室流场参数分布
• 4.4.3 不同颗粒直径对燃烧效率的影响
• 4.4.4 不同颗粒直径对壁面换热效果的影响
• 4.5 一次水燃比对发动机燃烧的影响
• 4.5.1 计算物理模型及边界条件
• 4.5.2 一次水燃比对小粒径颗粒燃烧的影响
• 4.5.3 一次水燃比对大粒径颗粒燃烧的影响
• 4.6 二次进水位置对发动机燃烧的影响
• 4.6.1 二次进水位置对小粒径颗粒燃烧的影响
• 4.6.2 二次进水位置对大粒径颗粒燃烧的影响
• 4.7 本章小结
• 第五章 结束语
• 5.1 全文工作总结
• 5.2 对未来研究工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文