本文關(guān)鍵詞：渦旋摻混對(duì)硼顆粒點(diǎn)火燃燒影響的數(shù)值仿真研究

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【摘要】：硼具有高質(zhì)量熱值和體積熱值,是固體火箭沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)(以下簡(jiǎn)稱固沖發(fā)動(dòng)機(jī))的理想燃料添加劑。由于硼顆粒在固沖發(fā)動(dòng)機(jī)補(bǔ)燃室內(nèi)的停留時(shí)間很短,且顆粒表面有氧化層的覆蓋,抑制顆粒燃燒,因此引入旋流進(jìn)氣技術(shù),提高顆粒在補(bǔ)燃室內(nèi)停留時(shí)間以及摻混效果,從而達(dá)到提高燃燒效率的目的。以773K環(huán)境溫度中晶體硼顆粒氧化層的微觀特征為依據(jù),在現(xiàn)有的點(diǎn)火模型基礎(chǔ)上,根據(jù)氧化層最外側(cè)物質(zhì)屬性以及火焰面反應(yīng)放熱,建立了新的點(diǎn)火模型。在燃燒過程中,以顆粒升華溫度(2820K)為界限,當(dāng)顆粒溫度小于2820K時(shí),采用顆粒表面反應(yīng)模型,并以粒徑和溫度為界限,建立了顆粒的單步反應(yīng)與多步反應(yīng)燃燒模型;當(dāng)顆粒溫度大于2820K時(shí),采用表面反應(yīng)液滴燃燒的組合模型,并引入沸騰指數(shù),限制顆粒在燃燒過程中超過沸點(diǎn)溫度。利用折算薄膜理論,考慮了強(qiáng)旋下強(qiáng)迫對(duì)流對(duì)顆粒燃燒的影響。該模型在硼顆粒點(diǎn)火燃燒過程中充分考慮了顆粒所能出現(xiàn)的各種情況,提高了模型的完整性,模型數(shù)值計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基本吻合。采用k??Realizable湍流模型,單步渦團(tuán)耗散燃燒模型以及考慮了高速氣流作用下新建立的硼粒子點(diǎn)火燃燒模型,開展了不同旋流進(jìn)氣強(qiáng)度下固沖發(fā)動(dòng)機(jī)補(bǔ)燃室內(nèi)含硼顆粒兩相燃燒流動(dòng)數(shù)值模擬。分析了在四種不同的旋流進(jìn)氣角度,以及不同的壓強(qiáng)、粒徑和溫度對(duì)硼顆粒點(diǎn)火燃燒以及燃?xì)馊紵实挠绊�。本文得出如下結(jié)論:1.有旋的總?cè)紵矢哂跓o旋,顆粒點(diǎn)火距離隨旋流數(shù)的增加而減短。2.同旋條件下,氣相燃燒效率隨著旋流數(shù)的增大先減后增,硼顆粒的燃燒效率先增后減,總?cè)紵试谛魅~片角為30°至45°范圍內(nèi)存在一個(gè)最大值。隨著旋流強(qiáng)度增加,顆粒擴(kuò)散性隨之增強(qiáng)。3.在反旋條件下,氣相與凝相的燃燒效率均呈現(xiàn)先增后降的趨勢(shì),其總?cè)紵首畲笾党霈F(xiàn)在旋流葉片角為15°左右的條件下,但其值小于同旋時(shí)所能達(dá)到的最大總?cè)紵�。與同旋相比,在反旋條件下,部分顆粒會(huì)受氣流對(duì)沖影響,減弱了顆粒向外擴(kuò)散的能力。4.在旋流作用下,隨著硼顆粒直徑的增加,氣相燃燒效率增大,凝相燃燒效率先增后減,顆粒點(diǎn)火距離逐漸增加�？�?cè)紵首畲笾党霈F(xiàn)在顆粒直徑為8μm左右的條件下。5.隨著溫度的上升,顆粒燃燒效率顯著增大,擴(kuò)散性能也有所增強(qiáng),而氣相燃燒效率略微有所減小。在不同進(jìn)氣溫度的條件下,顆粒點(diǎn)火距離基本不變。6.隨著壓強(qiáng)的增加,顆粒燃燒效率明顯上升,在補(bǔ)燃室頭部擴(kuò)散能力逐漸減弱,氣相燃燒效率先減后增。
【關(guān)鍵詞】：固沖發(fā)動(dòng)機(jī) 硼 點(diǎn)火 燃燒 兩相燃燒 旋流進(jìn)氣 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V435.12
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-17
• 1.1 研究的工作背景和意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述10-15
• 1.2.1 硼顆粒點(diǎn)火理論模型研究10-12
• 1.2.2 硼顆粒燃燒理論模型研究12-13
• 1.2.3 固體火箭沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)兩相燃燒流動(dòng)數(shù)值模擬研究13-15
• 1.3 本文研究?jī)?nèi)容15-17
• 第2章 硼顆粒點(diǎn)火模型研究17-24
• 2.1 硼顆粒點(diǎn)火理論分析17-22
• 2.2 硼顆粒點(diǎn)火計(jì)算控制方程22-23
• 2.3 小結(jié)23-24
• 第3章 硼顆粒燃燒模型研究24-33
• 3.1 硼顆粒表面燃燒機(jī)理分析24-28
• 3.2 硼的液滴燃燒反應(yīng)機(jī)理分析28-30
• 3.3 硼顆粒燃燒計(jì)算控制方程30-31
• 3.4 小結(jié)31-33
• 第4章 硼顆粒點(diǎn)火燃燒模型驗(yàn)證與分析33-42
• 4.1 模型驗(yàn)證33-37
• 4.2 點(diǎn)火燃燒過程粒子參數(shù)變化規(guī)律分析37-41
• 4.2.1 不同粒徑對(duì)點(diǎn)火燃燒過程粒子參數(shù)變化規(guī)律分析37-38
• 4.2.2 不同溫度對(duì)點(diǎn)火燃燒過程粒子參數(shù)變化規(guī)律分析38-40
• 4.2.3 不同壓強(qiáng)對(duì)點(diǎn)火燃燒過程粒子參數(shù)變化規(guī)律分析40-41
• 4.3 小結(jié)41-42
• 第5章 硼顆粒點(diǎn)火燃燒的湍流流動(dòng)計(jì)算模型42-49
• 5.1 氣相控制方程42-43
• 5.2 顆粒運(yùn)動(dòng)控制方程43-44
• 5.3 高速氣流下顆粒點(diǎn)火燃燒模型44-45
• 5.4 氣相燃燒模型45
• 5.5 邊界條件45-46
• 5.5.1 壁面邊界條件46
• 5.5.2 入口邊界條件46
• 5.5.3 出口邊界條件46
• 5.6 二次燃燒效率表征46-47
• 5.7 數(shù)值模擬與試驗(yàn)驗(yàn)證47-48
• 5.8 小結(jié)48-49
• 第6章 固沖發(fā)動(dòng)機(jī)補(bǔ)燃室內(nèi)渦旋摻混條件下的硼顆粒點(diǎn)火燃燒特性49-61
• 6.1 物理模型及計(jì)算條件49-50
• 6.2 不同旋流工況計(jì)算50-59
• 6.2.1 旋流強(qiáng)度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒效率影響分析50-53
• 6.2.2 粒徑對(duì)旋流補(bǔ)燃室燃燒效率影響分析53-56
• 6.2.3 空氣進(jìn)氣溫度對(duì)旋流補(bǔ)燃室燃燒效率影響分析56-57
• 6.2.4 壓強(qiáng)對(duì)旋流補(bǔ)燃室燃燒效率影響分析57-59
• 6.3 總結(jié)59-61
• 第7章 結(jié)論和展望61-63
• 7.1 結(jié)論61-62
• 7.2 展望62-63
• 參考文獻(xiàn)63-67
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文67-68
• 致謝68

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