双脉冲固体火箭发动机内流场模拟

论文摘要

双脉冲固体火箭发动机是固体火箭发动机的一项重大研究成果,其脉冲药柱具有独立的点火器,可以单独地点燃,第二个脉冲药柱的点火时间可有不同的延迟。目前,其推力向量控制和推力终止技术已得到较满意的解决,但仍存在一些问题需要进一步研究,如级间开孔的大小、燃气在第一燃烧室内的流场特点。因此,本文的研究目的在于通过对双脉冲固体火箭发动机内流场模拟,找到级间开孔的开孔大小与燃气在第一燃烧室内的流场特点。本文以FLUENT6.3软件为平台,湍流模型采用标准k-ε模型,对双脉冲固体火箭发动机燃烧室流场行了数值研究,其中纯气相流场的求解方法用SIMPLE算法,两相流场采用PISC两相耦合算法,两相流模型采用颗粒轨道模型。通过对不同尺寸级间孔的双脉冲发动机模型内流场的研究,得到燃气流场参数随级间孔大小变化的规律,以及级间孔直径与燃烧室直径的比值取1/3到1/2之间比较合理的结论。然后,在纯气相流场稳定的基础上,加入固体颗粒,通过PSIC两相耦合算法,得到不同尺寸颗粒在第一燃烧室内的分布特点与负载比对气相流场的影响；并分析了两相流对级间孔的不利影响,为该发动机的设计及级间孔的选择提供了一定的理论依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 本文背景及意义
• 1.2 本课题国内外研究状况
• 1.2.1 双脉冲固体火箭发动机研究及发展状况
• 1.2.2 两相流在固体火箭发动机流场中应用现状
• 1.3 本文的主要工作
• 第2章 流场数值模拟理论基础
• 2.1 流体力学基本方程
• 2.2 基于有限体积法的控制方程离散
• 2.2.1 网格生成
• 2.2.2 方程离散
• 2.3 三维湍流模型
• 2.3.1 Reynolds（雷诺）方程
• 2.3.2 湍流数值模拟方法
• 2.3.3 标准k-ε模型
• 2.3.4 壁面函数法
• 2.4 SIMPLE算法
• 2.5 本章小结
• 第3章 气固两相流基本理论
• 3.1 颗粒相特性
• 3.1.1 固体颗粒相的物理特性
• 3.1.2 作用于固体颗粒上的力
• 3.1.3 颗粒的热量传递
• 3.2 两相流模型
• 3.2.1 欧拉—欧拉模型
• 3.2.2 欧拉—拉格朗日模型
• 3.3 两相耦合算法
• 3.4 本章小结
• 第4章 双脉冲固体火箭发动机气相流场模拟
• 4.1 算例分析
• 4.2 双脉冲固体火箭发动机气相流场模拟
• 4.2.1 计算模型
• 4.2.1.1 物理模型
• 4.2.1.2 计算网格
• 4.2.1.3 边界条件设置
• 4.2.2 计算结果分析
• 4.2.3 实际工程限制
• 4.2.4 级间孔的确定
• 4.3 本章小结
• 第5章 双脉冲固体火箭发动机两相流模拟
• 5.1 燃气中颗粒相特性
• 5.2 两相流算例
• 5.3 两相流问题描述
• 5.4 不同模型两相流模拟
• 5.4.1 不同模型的分析
• 5.4.2 与气相流场对比
• 5.5 不同粒径颗粒的分析
• 5.5.1 颗粒轨迹
• 5.5.2 颗粒参数分析
• 5.5.3 颗粒对级间挡板的冲蚀
• 5.6 负载比对气相流场的影响
• 5.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文
• 致谢