论文部分内容阅读
随着固体火箭发动机机动性的提高和复杂装药构型的采用,凝相颗粒有可能在燃烧室局部高度聚集,形成高温稠密两相流。当发动机内绝热层受到这种稠密两相流的冲蚀时,其烧蚀率将急剧增大,从而危及发动机的正常工作,这是目前高速高加速固体火箭发动机研究中需要解决的问题之一。本文针对高温稠密两相流冲刷条件下绝热层的动态烧蚀过程进行了研究,增进了对该条件下绝热层烧蚀规律的理解,为绝热层烧蚀模型的建立提供试验依据。本论文的主要研究内容如下: 1)研制了新的基于X射线实时荧屏分析技术(RTR)的绝热层烧蚀过程动态测量试验装置。实验装置具有颗粒浓度、冲刷速度等参数的调节功能,特殊设计的试件夹使该试验器既可用于硬质材料的实验,也可用于软质绝热材料的烧蚀动态测量。利用MATLAB针对试验得到的图像特点,发展了一套适合于烧蚀研究的图像处理方法。 2)运用开发的绝热层烧蚀动态测试技术,针对硬质和软质两类不同材料开展了不同颗粒浓度和冲刷速度条件下的烧蚀试验。试验拍摄得到了绝热层在受颗粒冲刷烧蚀时型面的动念变化过程。发现烧蚀最严重处是随着烧蚀过程沿气流冲刷方向变化的,凹坑的形状与材料的种类和冲蚀时间有关。实验还发现在所研究的速度范围内,冲刷速度是影响绝热层烧蚀的最主要因素,颗粒浓度对于绝热层烧蚀的影响相对较小。运用图像处理技术得到了瞬时烧蚀率和平均烧蚀率随时间变化的关系,为揭示低速稠密两相流冲刷条件下绝热层的烧蚀机理提供了试验依据。 3)运用炭化层厚度准则方法对冲刷条件下的绝热层烧蚀过程进行了数值模拟。计算过程中根据烧蚀求解区域的变化自动生成网格并实现了局部加密,根据烧蚀型面进行投影获得了随时间变化的浓度和角度分布,并将其用于计算当前时刻的临界炭层厚度作为判断炭层脱落的依据。通过计算成功的模拟了凹坑的形成和变化过程,其规律与试验结果较为一致,但计算精度有待提高。