液氧与气氧对空气加热器燃烧流场的影响分析

针对一种基于液体火箭发动机燃烧室结构的空气加热器,采用数值仿真技术研究了加热器内部喷雾燃烧、燃气掺混以及出口流场分布等参数.分析对比了采用酒精/液氧/空气与酒精/气氧/空气两种不同氧化剂物态三组元同轴直流式喷嘴所得到的燃烧流场的区别,并通过改变燃烧室特征长度,分析了两种计算工况的加热器的性能差异.结果表明,喷入氧化剂的物态对燃烧流场影响较大,采用液氧喷嘴的火焰较长,气氧喷嘴的火焰分布较宽,且相对于液氧喷嘴,气氧喷嘴的燃烧室前端回流区由于掺混较多的燃气,导致喷注面板附近燃气温度较高,面板承热压力较大.设计的加热器均可保证两种喷嘴的出口流场品质较高,在保证流场出口品质的原则上,气氧喷嘴的燃烧室特征长度可至少小于液氧喷嘴的1/4.     

旋转燃烧室雾化燃烧过程的数值模拟

针对燃烧室在设计过程中的纯经验状态,在建立了燃烧室物理数学模型的基础上,利用Fluent软件对旋转燃烧室单组元喷雾燃烧过程在不同转速下分别进行仿真模拟,湍流模型采用标准双方程模型,燃烧模型采用涡耗散(ED)模型,辐射模型选用p-1模型,液滴通过离散项模型来定义.通过模拟,得到了合理的气相的速度场、温度场、浓度场,为燃烧室的结构优化提供了必要的依据,从而缩小了燃烧室体积,增强了燃烧室性能.     

环管型燃烧室喷雾燃烧DES模拟

为研究燃气轮机燃烧室内复杂的两相三维湍流燃烧问题,采用基于Realizable k-ε模型的分离涡模拟(DES)方法对环管型燃烧室进行喷雾燃烧数值模拟.数值模拟结果表明:DES模拟在燃烧区发挥出大涡模拟(LES)的作用,能获取结构复杂的流场、温度场和涡量场,其对流场内涡结构的捕捉和分辨能力明显强于传统的RANS(雷诺时均N-S方法)模拟.与实验数据对比发现,DES模拟所得燃烧产物含量和燃烧室出口温度分布更符合.因此,DES方法可用于复杂形状燃烧室的燃烧数值模拟,能够避免RANS模型对湍流脉动进行平均处理导致耗散过大、抹平涡结构的缺点,从而可获取更准确的计算结果.     

基于动网格的装药燃烧的燃面退移仿真

为了研究某型弹射器燃烧室装药在燃烧过程中的变化特性,以Fluent软件为计算平台,运用加质源项技术和动网格技术,采用UDF编译来实现燃气的质量、动量、能量向燃烧室的注入,在装药燃烧燃面退移的过程中,通过DEFINE_GRID_MOTION宏定义燃面的变化规律,结合k-ε两方程湍流模型对装药的非稳态燃烧过程进行三维数值仿真。计算得出了装药燃面推移图像,分析了燃烧室内的流场状态变化、燃气在燃烧室内的传播规律,并分析了减面燃烧对弹射器燃烧室内压强的影响。研究表明,该方法能够成功地求解装药燃烧的非稳态过程,较好地仿真燃面退移过程,所得结果可以为弹射器燃烧室的性能研究和结构设计提供理论依据。     

脊状表面湍流边界层高阶统计量特性

通过对不同风速下V型脊状表面及光洁平板表面湍流边界层内偏斜系数和平坦系数的测试,对比分析了脊状表面边界层内偏斜系数和平坦系数的分布规律。试验在一小型专用风洞中开展,流场测试中使用恒温式IFA300智能型流动分析仪,测试模型则采用有机玻璃材质的矩形平板结构,且试验中模型表面脊状结构的方向与流向一致。最终研究结果表明,脊状表面湍流边界层内偏斜系数和平坦系数分布规律与平板表面基本一致,但脊状结构的存在降低了距壁面无量纲高度y′10区域(包括整个粘性底层和过渡区的一部分)的偏斜系数和平坦系数,而对边界层中过渡区以外区域则影响不明显。由此可以推断,脊状结构主要影响边界层流场的近壁区。     

加质源项技术在装药燃烧中的仿真研究北大核心

在弹射器燃烧室装药燃烧升压非稳态过程中,燃气发生器燃烧室内流场的压强数据在很大程度上影响着导弹弹射过程的安全与稳定。针对管状装药燃气发生器的特殊装药结构形式,运用Fluent软件建立了二维轴对称非定常计算模型,采用加质源项技术,通过UDF编译来实现燃气的质量、动量、能量向燃烧室的注入。通过设置不同的观测点,对燃烧室装药不同部位的压力和温度变化情况进行监测,计算得到了在装药加质燃烧升压过程中装药表面各点的压强和温度分布,随后分析了燃烧室喷管口打开后燃气流场的流动情况,得到了燃烧室内弹道压力变化曲线。所得结论可为燃气发生器的抗热冲击设计和喷管的结构设计提供参考。     

加质源项技术在装药燃烧中的仿真研究

在弹射器燃烧室装药燃烧升压非稳态过程中,燃气发生器燃烧室内流场的压强数据在很大程度上影响着导弹弹射过程的安全与稳定。针对管状装药燃气发生器的特殊装药结构形式,运用Fluent软件建立了二维轴对称非定常计算模型,采用加质源项技术,通过UDF编译来实现燃气的质量、动量、能量向燃烧室的注入。通过设置不同的观测点,对燃烧室装药不同部位的压力和温度变化情况进行监测,计算得到了在装药加质燃烧升压过程中装药表面各点的压强和温度分布,随后分析了燃烧室喷管口打开后燃气流场的流动情况,得到了燃烧室内弹道压力变化曲线。所得结论可为燃气发生器的抗热冲击设计和喷管的结构设计提供参考。     

溅板式层板喷注单元燃烧特性数值分析

为了获得喷注单元结构参数对喷注器燃烧特性的影响规律,利用数值分析方法对单喷嘴溅板式层板喷注单元气-气燃烧特性进行研究,考察燃烧室特征长度及出口层喷嘴宽度对气氧/甲烷流动及燃烧特性的影响。在求解气-气燃烧流场方面,采用带化学反应的湍流N-S方程进行描述,其中化学动力学反应模型采用简化的单步9组分模型。研究结果表明:燃烧室特征长度的增大有利于特征速度效率的增加;该条件下采用溅板式层板喷注单元所对应的燃烧室特征长度约为600 mm。对比分析发现,出口层喷嘴宽度取0.15 mm时,水组分摩尔分数与热力计算值差别最大;当其值取1.05 mm时,燃烧室头部区域截面温度上升最快,取0.45 mm时上升最慢。总的来说,出口层喷嘴宽度取0.75 mm时,燃烧长度最短,燃烧效率最大。     

二元混压式高超声速进气道流场数值模拟

使用有限差分法,TVD二阶迎风格式,Baldwin-Lomax湍流模型,对二元混压式高超声速进气道设计状态和非设计状态的粘性流场和性能进行了数值模拟,并分析了出口反压及隔离段长度对进气道流场的影响。结果表明隔离段长高比对进气道出口参数影响较大;隔离段出口反压不能太高,否则会引起进气道不起动。     

燃烧室压力对潜入式喷管喉衬热应力的影响

为了研究燃烧室压力对固体火箭发动机潜入式喷管热应力影响规律的问题,采用商业流体软件,基于压力求解器,求解了喷管纯气相的流场,确定了燃气温度、压力、壁面对流换热系数;采用有限元软件,依据流场计算的非均布壁面压力与非均布对流换热,求解了燃烧室压力为6 MPa下的潜入式喷管热结构问题;通过地面点火试验验证了仿真模型与数值方法的有效性与准确性;采用相同计算模型与数值方法,求解了在燃烧室压力为9 MPa、12 MPa下的喷管热结构问题,揭示了燃烧室压力对喉衬热应力的影响规律。结果表明:整个工作过程,喉衬环向应力最大值为103.9 MPa,位于内表面,且随时间增大,先增大后减小;喉衬环向拉应力也随时间先增大后减小;随压力增大,对流换热系数增大,喉衬温度升高,喉衬环向拉应力增大,喉衬环向压应力减小。