固体火箭发动机潜入喷管背壁区流动研究

论文摘要

大型的固体火箭发动机通常采用潜入式喷管，其燃烧室尾部的流动非常复杂，流动过程及其机理尚不十分清楚。本文从数值模拟的角度出发，采用颗粒确定轨道模型，模拟发动机在热流以及冷流工作过程中三个不同时刻的两相流场。给出了流线图、粒子沉积轨迹、等速度线图以及脉动速度等值线图，从图中可以看出，在发动机工作过程中随着燃面的推移，燃烧室尾部的流动会发生很大变化，初始时刻背壁区加质流沿喷管背壁进入喷管，背壁区没有回流形成；中间时刻在加质流的驱动下背壁区后部形成较弱的回流；结束时刻气流在燃烧室壁面分离，背壁区形成强烈的回流。受喷管潜入的影响，结束时刻流场的湍流脉动非常强烈，而中间时刻和初始时刻，由于加质流与主流的强迫混合可以消除气流扰动及向下游的传播和扩展，流场的湍流脉动明显减弱。研究了喷管背壁形状、后封头形状和潜入深度对燃烧室尾部流场的影响，得出了流动的分离对背壁区几何边界的变化很敏感的结论。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 选题的目的和意义
• 1.2 课题的国内外发展、研究状况
• 1.2.1 两相流国外研究现状
• 1.2.2 两相流国内研究现状
• 1.3 计算流体力学的发展
• 1.3.1 CFD在工程中的应用现状
• 1.3.2 CFD软件技术
• 1.3.3 CFD技术的一般化处理方法
• 1.4 论文主要研究内容
• 第2章 两相流基本理论
• 2.1 两相流基本特性及其描述
• 2.1.1 流动类型
• 2.1.2 颗粒尺寸及其分布
• 2.1.3 表观密度及体积分数
• 2.1.4 各种模型的近似
• 2.1.5 颗粒阻力、传热传质及反应
• 2.1.6 颗粒群统计守恒
• 2.2 两相流基本守恒方程组
• 2.2.1 两相流或多相流系统控制体
• 2.2.2 体平均概念
• 2.2.3 相内微观守恒方程组
• 2.2.4 层流多相流体平均守恒方程组
• 2.2.5 湍流多相流时平均守恒方程
• 2.3 本章小结
• 第3章 两相流模型
• 3.1 单颗粒动力学模型
• 3.2 小滑移模型
• 3.3 单流体模型（无滑移模型）
• 3.4 颗粒轨道模型（欧拉-拉格朗日模型）
• 3.5 双（多）流体模型
• 3.6 本章小结
• 第4章 数值计算结果及分析
• 4.1 控制方程组
• 4.1.1 冷流条件下的控制方程组
• 4.1.2 实际工作情况下的控制方程组
• 4.1.3 颗粒相控制方程
• 4.2 与算例的对比验证
• 4.3 结束时刻的流场
• 4.3.1 计算条件
• 4.3.2 流线图及其分析
• 4.3.3 热流与冷流的流场对比分析
• 4.3.4 颗粒轨迹图及其分析
• 4.4 中间时刻的流场
• 4.4.1 流线图及其分析
• 4.4.2 热流与冷流的流场对比分析
• 4.4.3 颗粒轨迹图及其分析
• 4.5 初始时刻的流场
• 4.5.1 流线图及其分析
• 4.5.2 热流与冷流的流场对比分析
• 4.5.3 颗粒轨迹图及其分析
• 4.6 燃烧室尾部流场的影响因素
• 4.6.1 喷管背壁形状
• 4.6.2 后封头形状
• 4.6.3 潜入深度
• 4.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 个人简历