液氧煤油发动机数值计算与燃烧不稳定分析

发布时间：2017-07-16 23:00

  本文关键词：液氧煤油发动机数值计算与燃烧不稳定分析

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【摘要】：液体火箭发动机具有大推力、高比冲等优点,在运载火箭,导弹系统,航天器姿态控制等领域广泛使用。液体火箭发动机在研制的过程中常出现燃烧不稳定现象,其中高频燃烧不稳定性会对发动机严重损坏。自20世纪30年代,在火箭发动机中发现了燃烧不稳定现象后,各国研究者对燃烧不稳定现象开展了大量研究工作。但燃烧不稳定性产生的原因以及如何消除燃烧不稳定性至今没有一致的结论,工程中依然以高成本的实验为主要研制手段。数值模拟具有高效率、低成本的优点,开展液氧煤油火箭发动机燃烧室的数值模拟,研究燃烧不稳定性的影响因素,具有工程参考价值。液氧煤油火箭发动机是近年来的重点研究领域。本文的主要研究对象对液氧煤油发动机。计算分析了煤油在高温高压条件下的反应特性,结果表明煤油的反应诱导时间大幅缩短,认为在燃烧室工况中,反应迅速完成,反应由混合过程控制。建立了燃烧室三维模型,在不施加人工扰动的条件下,通过数值计算实现了燃烧不稳定性的捕捉。分析计算了燃烧室的声学特性,并对压力振荡频率进行分析,判断其发生了与声腔耦合的高频燃烧不稳定。喷注参数是影响燃烧不稳定的主要因素之一,计算对比了不同喷注参数对燃烧稳定性的影响。计算结果表明,粒径较小时,易出现燃烧不稳定；增大喷注半角有助于使燃料和氧化剂混合更充分,使反应更均匀,有助于抑制燃烧不稳定,但无法完全消除；燃料液滴初温对燃烧稳定性的影响不明显。在燃烧室计算模型中加装隔板,数值计算结果显示燃烧不稳定性消失,与工程经验一致。所做工作为液体火箭发动机研制中的燃烧稳定性问题提供参考。
【关键词】：液体火箭发动机 燃烧不稳定 计算流体力学
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V434
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-15
• 1.1 课题背景8-9
• 1.2 液体火箭发动机燃烧不稳定综述9-12
• 1.2.1 燃烧不稳定分类9-10
• 1.2.2 燃烧不稳定控制方法10-11
• 1.2.3 燃烧不稳定理论分析模型11-12
• 1.3 国内外研究现状12-14
• 1.4 本文主要研究内容14-15
• 2 控制方程15-23
• 2.1 气相控制方程15-21
• 2.1.1 流动控制方程15-18
• 2.1.2 控制方程求解18-21
• 2.2 两相流计算方法21-23
• 3 燃烧反应计算方法23-36
• 3.1 混合气体性质23-24
• 3.1.1 混合气体状态参数23-24
• 3.1.2 混合气体的焓24
• 3.2 化学反应动力学24-26
• 3.3 有限速率反应方程组计算方法26-27
• 3.4 化学反应计算验证27-29
• 3.5 煤油反应机理29-35
• 3.5.1 一步总包反应和两步反应机理30-32
• 3.5.2 十步反应机理32-35
• 3.6 PDF燃烧模型35
• 3.7 小结35-36
• 4 推力室数值计算及燃烧稳定性分析36-66
• 4.1 火箭发动机理论性能计算36-38
• 4.2 喷嘴VOF计算38-41
• 4.3 液滴蒸发模型41-44
• 4.4 燃烧室声学特性44-46
• 4.5 喷注参数对燃烧稳定性影响分析46-63
• 4.5.1 粒径对燃烧稳定性的影响47-57
• 4.5.2 喷注半角对燃烧稳定性的影响57-58
• 4.5.3 液滴初温对燃烧稳定性的影响58-63
• 4.6 隔板抑制三维发动机燃烧不稳定计算63-65
• 4.7 小结65-66
• 结论66-67
• 参考文献67-70
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况70-71
• 致谢71-72

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3 王s，

本文编号：550867