复杂装药结构的燃烧室内流场数值模拟研究

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本文使用FLUENT软件及其UDF中二次开发技术,对二维装药的发动机进行了数值模拟。利用UDF和动网格技术建立了模拟包含燃面退移的固体火箭发动机内流场的计算方法,得到燃面变化下的二维瞬态内流场和相应的内弹道数值仿真结果。从仿真结果看到,利用UDF和动网格技术可以很好的模拟包含侵蚀效应的完整瞬态内流场。由于发动机尾部装药过早燃烧完全,暴露在高温燃气中的时间较长,而此时性能参数的变化,对发动机的热防护设计有一定的指导意义。针对三维复杂装药的流场计算,利用k-ε模型、准静态假设和平行层假设,建立了研究三维复杂装药内流场的计算方法,得到了在复杂装药中,其速度分布及湍流动能分布也呈现出三维的特点。但随着燃烧室末端与喷管前端的交汇处形成了一个突扩的台阶,燃气在收敛段中部猛烈撞击壁面,形成了一个环状的燃气滞止区,在该区域燃气的冲击和热烧蚀十分明显。由于有突扩台阶的存在,在该区域形成了一个明显的漩涡,燃气所具有的部分动能在漩涡中逐渐耗散转变为热能,从而加强了对壁面的传热。金属颗粒的加入不但能提高推进剂的性能,而且能增加其燃烧速率,但同时,它也会对流场有一定的影响。文章中对不同时刻、不同直径的颗粒相给流场带来的影响,逐一进行了描述及分析。在燃烧初期,由于直径小的颗粒其随流性好,故在喷管收敛段形成了漩涡,且在扩张段没有形成无颗粒区,同时对两种湍流模型下不同直径颗粒的马赫数、温度及湍流动能进行了分析比较。
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