旋转端面燃烧固体火箭发动机内流场数值分析

论文摘要

端面燃烧固体火箭发动机燃面很小,燃烧过程中重心移动较大,其推力-压力曲线上升缓慢。通常在端面加金属丝来增加燃烧面积进而提高发动机的推力;对于小型火箭,通常采用沿中心轴旋转的方法来保证运动过程的稳定。旋转对端面燃烧固体火箭发动机及含金属丝火箭发动机燃烧和运动势必产生重要的影响,因此本文运用CFD方法对旋转固体火箭发动机的气相燃烧室—喷管统一流场进行了研究,重点分析了旋转端面燃烧固体火箭发动机内流场特性。由于旋转固体火箭发动机内流场具有旋涡特性,本文采用雷诺应力（RSM）湍流模型对旋涡流场的进行模拟,主要包括以下两方面内容:1、旋转对不同燃烧室长径比端面燃烧固体火箭发动机内流场影响的研究。分析不同旋转速度（0rmp、200rmp、600rmp、1000rmp、2000rmp、3000rmp）情况下长径比不同（0.8、1.5、2）的固体火箭发动机燃烧室内流场特性,重点研究发动机内燃气的旋涡特性及燃气涡流动对不同长径比固体火箭发动机内流场的影响。2、旋转对加金属丝端面燃烧固体火箭发动机的气相流场影响的研究。分析不同旋转速度下加金属丝端面燃烧发动机的内流场特性,重点研究不同锥形区流动规律及燃烧室内流场结构的变化趋势。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 国内外研究、发展状况
• 1.2.1 国外研究、发展状况
• 1.2.2 国内研究、发展状况
• 1.2.3 加金属丝端面燃烧固体火箭发动机的研究概况
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第2章 数值模拟的理论基础
• 2.1 基本方程
• 2.2 控制方程的离散
• 2.3 湍流模型
• 2.3.1 标准k-ε模型
• 2.3.2 Realizablck-ε模型
• 2.3.3 RNGk-ε模型
• 2.3.4 RSM模型
• 2.3.5 近壁区处理
• 2.4 压力速度耦合
• 2.5 旋涡运动基础
• 2.5.1 有旋流动与无旋流动
• 2.5.2 强制涡运动
• 2.5.3 自由涡运动
• 2.5.4 组合涡运动
• 2.5.5 自由螺旋涡运动
• 2.6 本章小结
• 第3章 旋转端面燃烧固体火箭发动机内流场
• 3.1 引言
• 3.2 物理模型和网格划分
• 3.2.1 物理模型
• 3.2.2 网格划分
• 3.3 边界条件
• 3.4 某一长径比旋转发动机内流场对比研究
• 3.5 不同长径比旋转发动机内流场对比研究
• 3.5.1 切向速度
• 3.5.2 径向速度
• 3.5.3 轴向速度
• 3.5.4 流线分布图
• 3.5.5 内流场参数分布
• 3.5.6 湍流动能和湍流耗散率
• 3.6 本章小结
• 第4章 旋转加金属丝端面燃烧固体火箭发动机内流场
• 4.1 引言
• 4.2 物理模型和网格划分
• 4.2.1 物理模型
• 4.2.2 网格划分
• 4.3 边界条件
• 4.4 发动机不旋转时内流场计算结果及分析
• 4.4.1 轴线上参数分布
• 4.4.2 发动机内流场参数分布
• 4.4.3 发动机速度剖面图
• 4.4.4 湍流动能和湍流耗散率
• 4.5 旋转时发动机内流场计算结果及分析
• 4.5.1 速度剖面图
• 4.5.2 流线分布图
• 4.5.3 发动机内流场参数分析
• 4.5.4 湍流动能与湍流耗散率
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢