本文针对三组元液体火箭发动机推力室燃烧与传热的物理过程,对推力室内燃烧及外部再生冷却进行了仿真研究。给出了推力室内从推进剂雾化、蒸发、燃烧到传热一整套合理的数学模型。得到了与热试车试验相一致的仿真结果,证明了该理论模型的正确性。 对再生冷却通道内的超临界氢的物性进行了研究:从超临界氢物性的实验结果入手,用最小二乘法拟合出适用于超临界压力下氢由液态过渡到超临界态的状态方程,并利用该方程对超临界氢管内强迫对流换热进行了数值仿真,仿真结果与相同条件下实验结果相一致。证明了由本文提出的超临界氢的状态方程的正确性与实用性。同时从分子间相互作用的角度,分析了超临界条件对氢物性参数的影响,说明了产生超临界条件下氢的这些特殊性质的原因。对燃烧室内的辐射传热进行了仿真计算,计算结果与传统理论分析相一致,证明了本文采用的辐射模型在计算推力室内的辐射传热是可靠的。 利用所建立的数学模型,本文分别对缩尺件模型发动机和全尺寸发动机进行了数值仿真,对比了不同类型喷嘴、不同长度燃烧室等因素对发动机性能的影响。发现在喷嘴较少时离心式喷嘴的雾化性能明显高于直流式喷嘴;燃烧室长度在一定范围内对燃烧效率有显著影响;发动机氢流量对推力室燃烧性能和再生冷却能力有明显影响;辐射传热在推力室内作用不强;采用总包反应化学动力学模型会对推力室局部分析带来误差,但不会影响推力室总体的热流场分析。