喷管热防护与流场的数值模拟及试验分析

摘要

在发动机喷管中流动的介质为高温、高速的气体，当流过喷管时，燃气向喷管释放大量的热量，导致喷管内部受热状况很严重，对喷管的结构产生破坏。其次燃气在喷管流动过程中，及进入大气中后各种组分会继续进行化学反应，对喷管的流场产生很大的影响。不仅如此推进剂一般采用新型推进剂，导致燃烧后的产物中含有大量的金属氧化物，这些氧化物在喷管中流动时，会形成复杂的两相流，所以有必要对喷管内部两相流的发展规律进行分析。
　　本论文主要采用数值模拟和试验的研究方法,针对喷管内部的纯气相流场、产物化学反应后的流场、产物射流的流场及其气固两相流场进行分析研究，主要做了如下工作:
　　（1）对喷管纯气相的流场进行分析，得到喷管内部温度、压力、速度场的规律。然后利用工程计算方法对喷管的绝热层厚度进行计算，同时对喷管整体的流场进行分析，研究喷管壳体温度随时间的变化规律。最后与地面试验结果进行比较，验证工程计算的准确性。相关的结果表明，喷管绝热层厚度设计合理，能够很好的保护喷管壳体。
　　（2）对喷管内部、外部流场的化学反应进行研究，分析组分在喷管内部的分布情况，及其产物随着时间的变化规律。
　　（3）对喷管的气固两相流进行分析，研究喷管不同的体积分数下、不同颗粒直径下、不同的湍流强度下流场的变化规律。同时对喷管内部绝热层的烧蚀进行分析，并与地面试验结果进行比较。

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1绪论

1.1选题的目的

1.2国内外研究概况

1.3本文研究内容

2 数学数值模拟方法

2.1基本方程

2.2湍流模型

2.3 离散相模型

2.4射流燃烧的数学模型

2.6本章小结

3 喷管绝热设计与试验分析

3.1喷管气相仿真

3.2喷管热防护设计

3.3喷管热防护温度仿真

3.4地面试验分析

3.5本章小结

4 喷管内部的化学反应

4.1计算边界条件

4.2 化学反应机理

4.3计算结果分析

4.4本章小结

5 喷管外部流场数值与试验分析

5.1喷管射流流场

5.2喷管外部化学反应

5.3本章总结

6 喷管内部流场两相流动数值仿真

6.1喷管颗粒相分析

6.2 喷管内部流场计算仿真结果

6.3喷管烧蚀分析

6.4本章小结

7总结与展望

致谢

参考文献

附录1(攻读硕士期间发表论文专利目录)