扰流板数及其分布对固液发动机燃料退移速率影响研究

来源 :南昌航空大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ribenandchina
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固液火箭发动机具有安全、环保、药柱稳定等诸多优点,工程应用上具有十分巨大的潜力,但固液发动机固体燃料热分解速率较低。为了提高发动机固体燃料热分解速率,采用扰流板降低发动机内燃气流速,提高其热分解速率是一种常采用的方法。本文以H2O2/HTPB(过氧化氢/端羟基聚丁二烯)推进剂为氧燃剂组合,对不同内置扰流板径差、不同内置扰流板数量和分布的固液火箭发动机进行数值模拟,探究固液火箭发动机内置扰流板数及其分布对固液火箭发动机固体燃料热分解速率的影响,为固液火箭发动机设计提供理论依据。对内置扰流片径差分别为2.25hD,2.5hD,2.75hD,3.0hD,3.25hD的固液火箭发动机结构进行了燃料退移计算,计算结果表明:随着内置扰流板内外径差的不断增大,固体燃料热分解速率先增加后减小,对比含内置扰流板与不含内置扰流板结构的固液火箭发动机燃料热分解速率,在相同的边界条件下,含内置扰流板结构的固体燃料热分解速率显著提高,在内置扰流片内径大小为3.0hD时,提高效率最大,提高了26.55%。单片内置扰流板结构将固体燃料壁面退移速率分成两个区域,扰流板板前部分的热分解速率略低于无内置扰流板时的热分解速率速率,扰流板板后燃料热分解速率大幅增加,后沿着轴向逐渐减小,直至扰流板板前水平。随着固液火箭发动机内置扰流板位置的从喷管入口沿着轴向移动,固液火箭发动机的固体燃料的平均热分解速率先增加后减小,最大值为扰流板位于药柱的前约30%位置处,扰流板越靠近该位置固体燃料平均退移速率越高。双片内置扰流板结构将固体燃料壁面退移速率分成三个区域,第一片内置扰流板板前部分相比不含扰流板结构的燃烧室固体燃料退移速率有所降低;两片内置扰流板板后部分药柱退移速率均有明显的提高并沿着横轴方向逐渐的降低;两片内置扰流板间距相近时,由于第一片扰流板引起的固体药柱退移速率还未降低到板前水平,再次经过扰流进而提高后续固体药柱的退移速率,进而导致药柱平均退移速率低;第二片扰流板太靠后时,由于燃烧室内置扰流板后的固体药柱太短,扰流板板后旋涡不能完全发挥其作用,导致药柱平均退移速率低。三片内置扰流板结构会将固体燃料壁面退移速率分成四个区域,第一片内置扰流板板前部分相比不含扰流板结构的燃烧室固体燃料退移速率有所降低;三片内置扰流板板后部分药柱退移动速率均有明显的提高并沿着横轴方向逐渐的降低,扰流板越靠近λd=0.33处波峰越高,越远离越低。故首片扰流板位置一定的情况下,后续扰流板应位于首片扰流板后药柱均分位置稍微靠后的位置,使得各流板板后的极小值相等,此时固体燃料药柱整体的退移速率最大。
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