微喷管中稀薄流动时热力学非平衡现象研究

摘要

微喷管作为微推进系统中的重要部件,其工作性能的研究对于微推进系统的设计有着重要理论指导意义.采用求解带滑移边界条件的N-S方程和直接模拟蒙特卡洛(DSMC)方法,研究微喷管中的稀薄流动,通过设定气体分子转动松弛所需要的松弛碰撞数Zrot研究微喷管中的热力学非平衡现象.结果表明:Kn>0.1时,微喷管中流动开始变得稀薄,连续性假设失效,N-S方程求解结果出现误差;随着微喷管中流动稀薄程度增加,热力学非平衡现象逐渐明显;热力学非平衡现象使微喷管内气体内能转化为平动能的量减少,微喷管内速度和推力整体减小;热力学非平衡现象对微喷管流场影响大于对其工作性能的影响,考虑转动松弛对微喷管内温度场的影响大于速度场.