Al化AP/HTPB复合推进剂的颗粒分布及凝聚过程仿真

摘要

在固体火箭推进剂中，通过添加高能金属燃烧剂，以此来提高发动机比冲并可抑制燃烧的不稳定性;从推进剂表面铝颗粒的燃烧凝聚到高温高压气-粒两相流中颗粒的凝聚破碎，均是以推进剂的初始配方为基础，因此，开展对推进剂颗粒分布与凝聚过程的仿真是非常必要的。主要的研究工作如下:
　　(1)基于推进剂燃烧采用逐层燃烧的基本假设，结合颗粒随机碰撞原理，模拟了颗粒二维随机分布特性;并建立了三种随机分布模型，依据其仿真精度和仿真效率的差异确定了一种较优模型，以此作为三维颗粒随机分布的模拟基础。
　　(2)通过对颗粒碰撞过程的分析，建立了颗粒的三维随机分布模型，研究了颗粒随机分布规律;且对“随机包裹”模型进行改进，结合某一种Al化AP/HTPB复合固体推进剂的配方，模拟了AP和Al颗粒的随机分布特性;
　　(3)基于二维较优模型，模拟了双组分颗粒的二维随机分布特性，并结合两种凝聚算法，对其颗粒凝聚过程进行了仿真，得到了颗粒凝聚的随机分布图;
　　(4)基于三维改进的随机算法，结合所建立Al化AP/HTPB复合固体推进剂颗粒的三维颗粒的随机分布特性，并结合两种凝聚算法，对三维的颗粒凝聚过程进行了仿真，得到了颗粒凝聚的随机凝聚状态图，分析了颗粒的凝聚特点;模拟结果与理论预期符合较好;
　　通过对Al化AP/HTPB复合推进剂颗粒随机分布和凝聚过程的仿真，为研究铝颗粒在推进剂表面的燃烧和凝聚形成的颗粒分布提供重要的参考。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外的研究进展

1．2．1 金属燃烧剂的研究背景、特点和性质

1．2．2 Al化复合推进剂包裹模型与燃烧表面Al颗粒凝聚的特性研究

1．3 本文主要的研究内容

2 AP／HTPB复合推进剂能量特性、颗粒碰撞理论以及某种包裹模型的分析

2．1 引言

2．2 固体火箭推进剂的能量特性

2．2．1 固体火箭推进剂能量的相关量

2．2．2 提高固体推进剂能量特性的途径

2．3 复合推进剂中颗粒碰撞理论

2．3．1 初始状态

2．3．2 碰撞时间

2．3．3 逃离时间

2．3．4 碰撞动力学模型

2．4 Al化AP／HTPB包裹模型介绍

2．4．1 相关变量

2．4．2 某种包裹模型原理

2．4．3 包裹模型分析

2．4．4 离散元软件PFC在包裹模型中的应用

2．5 本章小结

3 二维空间内颗粒随机分布的模拟

3．1 二维随机分布模型的建立

3．1．1 碰撞的基本原理

3．1．2 二维颗粒碰撞的模型建立

3．2 二维随机分布模型仿真计算

3．2．1 二维多模型的仿真计算与分析对比

3．2．2 二维多颗粒仿真计算与分析

3．3 本章小节

4 Al化AP／HTPB复合推进剂的颗粒分布的模拟

4．1 三维颗粒的碰撞原理

4．2 三维颗粒的模拟与仿真分析

4．2．1 三维颗粒的模拟

4．2．2 颗粒数量和直径增长率对粒径的影响

4．3 Al化AP／HTPB复合推进剂的模拟与分析

4．3．1 Al化AP／HTPB复合推进剂的包裹模型建立

4．3．2 Al化AP／HTPB复合推进剂的包裹模型仿真计算

4．4 本章小结

5 Al化AP／HTPB复合固体火箭推进剂中铝颗粒的凝聚分析

5．1 引言

5．2 颗粒发生凝聚的凝聚模型

5．2．1 常见的几种凝聚模型

5．2．2 颗粒凝聚模型的建立

5．3 二维空间内颗粒的凝聚计算

5．3．1 二维颗粒的随机分布

5．3．2 二维颗粒的凝聚计算

5．4 Al化AP／HTPB复合推进剂中Al的凝聚计算

5．4．1 Al颗粒与AP颗粒的随机分布

5．4．2 Al化AP／HTPB复合推进剂中Al颗粒凝聚的仿真计算

5．5 本章小节

6 结束语

6．1 工作总结

6．2 问题与展望

致谢

参考文献