高压环境下含能液体喷射雾化特性及其影响因素分析

摘要

液体发射药主要运用于液体随行装药火炮、液体发射药火炮之中，其作用主要是通过液体发射药燃烧产生火药气体为弹丸提供推力。而液体发射药的雾化燃烧及其稳定性，对保证液体发射药火炮、液体随行装药火炮内弹道性能至关重要。因此，本文对环形、圆柱形两种喷嘴结构在高压环境中，含能液体的喷射雾化特性进行了数值模拟，研究了不同环境压力、不同喷嘴结构和喷嘴尺寸对喷射雾化的影响。
　　基于某高压下液体射流破碎雾化特性实验研究，建立了一种二维非稳态气液两相流模型。采用欧拉法，结合k-ε湍流双向模型及流体流动基本方程等，模拟了喷嘴结构、喷嘴尺寸、环境压力不同时，液体射流在喷雾场中发展的过程，并分析了不同嘴结构、喷嘴尺寸、环境压力下液体射流内部结构、射流破碎点及聚合点的变化规律。
　　基于某含能液体喷射雾化特性的实验研究，采用FLUENT离散相DPM模型建立了一种二维非稳态模型。其中，液滴的粒径及其粒径分布由Rosin-Rammler粒径分布函数表示，液体破碎模型为WAVE模型。模型采用拉格朗日粒子追踪法，模拟了不同喷射压力以及环境压力下，环形含能液体射流雾化特性，并分析了不同喷射压力以及环境压力下，液滴索特平均直径以及轴向液滴索特平均直径分布。
　　以液体随行装药火炮液体药燃烧时，弹丸向前运动，弹后空间增加，膛内压力变化为背景，建立了一种动网格二维非稳态气液两相流模型。采用UDF定义网格运动规律，模拟了不同网格运动速度下，含能液体射流喷射雾化过程。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 液体发射药火炮研究概况

1．2．2 液体随行装药火炮研究概况

1．2．3 液体喷射雾化特性研究概况

1．3 本文主要研究工作

2 液体射流喷射模型及数值模拟方法

2．1 引言

2．2 液体射流喷射模型

2．2．1 液体射流喷射物理过程

2．2．2 物理模型

2．2．3 数学模型

2．3 液体射流喷射数值模拟方法

2．3．1 模型建立与网格划分

2．3．2 初边界条件

2．3．3 数值模拟计算模型

2．3．4 数值模拟方法

2．4 本章小结

3 液体射流喷射特性数值模拟结果及影响因素分析

3．1 液体喷射雾化特性数值模拟条件

3．2 数值模拟结果

3．2．1 圆柱形液体射流数值模拟结果

3．2．2 环形液体射流数值模拟结果

3．3 影响液体射流喷射雾化特性因素分析

3．3．1 喷嘴结构对液体射流雾化特性的影响

3．3．2 环境压力对含能射流雾化特性的影响

3．3．3 喷孔直径对圆柱形液体射流雾化特性的影响

3．4 本章小结

4 含能液体雾化模型及数值模拟

4．1 含能液体雾化模型

4．1．1 含能液体射流初始破碎模型

4．1．2 WAVE破碎模型

4．1．3 KH-RT破碎模型

4．1．4 TAB破碎模型

4．2 气液两相流场计算模型

4．2．1 物理模型

4．2．2 数学模型

4．3 含能液体雾化的数值模拟方法

4．3．1 模型建立与网格划分

4．3．2 计算初边界条件

4．3．3 数值模拟计算模型和计算方法

4．4 含能液体雾化场数值模拟结果及影响因素分析

4．4．1 含能液体喷射雾化数值模拟结果

4．4．2 含能液体雾化影响因素分析

4．5 本章小结

5 动边界下含能液体喷射雾化数值模拟分析

5．1 物理模型和网格划分

5．2 数学模型

5．2．1 控制方程

5．2．2 初边界条件

5．3 动边界下含能液体喷射雾化数值模拟结果

5．4 网格移动速度对含能射流雾化特性的影响

5．5 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献