發(fā)布時間：2020-09-03 20:07

　　 隨著科技的進步,航天領域的金屬燃料發(fā)動機在水下航行中的應用也越來越廣泛。對于金屬燃料發(fā)動機,無論何種推進原理與金屬燃料供應方式,作為整個動力系統(tǒng)的核心部件—燃燒器內的燃燒反應組織形式都十分地重要,因此如何提高燃燒器內部燃燒完全程度,從而提高水下武器的整體動力性能顯得至關重要。本文針對粉末式供應方式的金屬燃料燃燒形式,運用FLUENT流體仿真軟件對不同構型的金屬燃料燃燒器內部流場進行了數(shù)值仿真研究。研究了霧化水滴二次噴口的位置、水滴的霧化程度、霧化水滴的不同噴入角度等不同物理結構因素對金屬燃料燃燒反應所產生的影響,通過研究發(fā)現(xiàn):同一燃燒器構型下,物理結構因素的改變對燃燒器內部流場的壓力分布、速度分布的影響較小,其主要影響內部流場燃燒反應,影響內部流場內的溫度、鋁金屬顆粒以及燃燒產物的分布。當霧化水滴二次噴口位置與燃燒器前端距離較近時,會使得主反應所產生的高溫區(qū)及鋁金屬顆粒完全消耗的位置提前,促進鋁金屬顆粒與水更加充分完全地發(fā)生燃燒反應。水滴的霧化程度越高,同樣會使得主反應區(qū)域的位置提前,從而使反應更加地完全。霧化水滴噴入角度的不同對燃燒器前端的流場影響較大,當噴入角為0°時,燃燒產物與熱量在燃燒器前端的大量聚集,會對結構材料產生一定的影響;噴入角度為45°時,溫度等流場的分布更為均勻,對結構材料的耐熱程度等要求較低,從而有利于動力系統(tǒng)整體性能的提高。不同的燃燒器構型內部的流場分布會有很大的不同,當金屬燃料燃燒器構型為霧化水滴一二次噴口位置處的燃燒器直徑比1:0.8或1:0.6時,由于收斂段結構的存在,會更好地增加內部鋁金屬顆粒與水的摻混效果,促使鋁金屬顆粒與水發(fā)生燃燒反應進一步地進行。同一構型燃燒器,綜合考慮多種因素,得出霧化水滴二次噴口位置與前端距離較近、霧化程度較高以及噴入角為45°的燃燒器結構為優(yōu)選形式;不同燃燒器構型中,霧化水滴一二次噴口位置處的燃燒器直徑比為1:0.6的燃燒器為優(yōu)選構型。本研究將為水下武器動力系統(tǒng)中燃燒器結構方案優(yōu)選和優(yōu)化設計提供技術參考。
【學位單位】：哈爾濱工程大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TJ630.32
【部分圖文】：

第 3 章 金屬燃料燃燒反應數(shù)值模型驗證計算中，針對渦耗散概念模型以及顆粒表面反應模型在金屬燃料要通過將文獻中的實驗結果與數(shù)值仿真計算結果進行對比分析用性及有效性。此外，驗證網格數(shù)量是否對計算結果產生影響中，既能保證計算精度又能節(jié)省計算資源。模型及顆粒表面反應模型驗證要對內彈道測試的發(fā)動機模型[45]進行仿真計算，模擬含鋁復合推燃燒，以驗證渦耗散概念模型以及顆粒表面反應模型在解決鋁金用性。結構模型的發(fā)動機物理結構圖及計算網格劃分情況分別如圖 3.1、圖 3.2

既能保證計算精度又能節(jié)省計算資源。型及顆粒表面反應模型驗證要對內彈道測試的發(fā)動機模型[45]進行仿真計算，模擬含鋁復合燃燒，以驗證渦耗散概念模型以及顆粒表面反應模型在解決鋁用性。結構模型的發(fā)動機物理結構圖及計算網格劃分情況分別如圖 3.1、圖 3.2圖 3.1 發(fā)動機結構示意圖

表 3.2 邊界條件設定界條件采用質量流量入口，根據推進劑的燃速給定匹配的質量流量，其中連續(xù)相燃氣的質量百分85%，離散相 Al 顆粒質量百分數(shù)為 15%溫度設置為熱力計算得到的 AP/HTPB 燃燒火2592.50K，不考慮燃面的推移面 絕熱無滑移壁面條件 壓力出口果分析內部燃燒過程中，鋁顆粒脫離燃面在經過燃燒室的過程中完中軸線上的壓力如圖 3.3、圖 3.4 所示：

【參考文獻】

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本文編號：2811903