具有倾斜燃面固体火箭发动机内流场解析解与数值解的分析比较

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现代固体火箭发动机的设计和制造需要获得准确的内流场参数,本论文运用解析方法与数值模拟方法,对具有倾斜燃面的固体火箭发动机内流场进行了研究。解析部分以二维不可压欧拉方程为基础,假设燃气稳定流动、有旋、无粘、等温、不可压,并且不考虑化学反应,得到了涡量一流函数方程。通过运用摄动法求解该非线性方程,得到了燃烧室内速度场、压力场以及涡量场的解,同时发现方程的零阶解即为平直燃面燃烧室内的Taylor无粘解。数值模拟部分采用FLUENT软件中的层流模型与标准k-ε模型,针对不同雷诺数下的情况选择不同的模型对该问题进行了数值模拟,并且对结果进行了后处理。结果表明,燃面倾斜角α与平直燃面长度L对燃烧室内流场具有很重要的影响,倘若不考虑倾斜效应,不仅会高估压降,而且会影响流场其它参数,这种影响在加长燃烧室或大燃面倾斜角的固体火箭发动机中表现尤为突出。解析解与数值解基本吻合,只是由于解析解采用了无粘模型以及一系列的假设而使两者在某些区域略有差别,这进一步验证了轴向压力梯度是涡量产生的主要原因。另外,仅当发动机参数处于一定范围内时解析解才有效,零阶解比较简明,但不够准确,只能应用于倾斜区域与燃面倾斜角比较小的发动机,更高精度的解需要引入一阶修正。
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