固沖發(fā)動(dòng)機(jī)補(bǔ)燃室冷流摻混效果與燃燒效率分析.pdf

1、補(bǔ)燃室是固體火箭沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的重要組成部分,補(bǔ)燃室的性能對(duì)固沖發(fā)動(dòng)機(jī)的整體性能起著決定性作用。由于硼顆粒具有高容積熱值和高質(zhì)量熱值,目前固沖發(fā)動(dòng)機(jī)常用其作為貧氧推進(jìn)劑的添加劑。但硼顆粒在燃?xì)獍l(fā)生器中由于缺氧和低溫不能充分點(diǎn)火和反應(yīng),會(huì)使燃?xì)鈹y帶大量的硼顆粒進(jìn)入補(bǔ)燃室,顆粒在補(bǔ)燃室停留的時(shí)間非常短,為了在很短的時(shí)間內(nèi)組織好二次燃燒,提高補(bǔ)燃室的效率,研究顆粒與氣體的摻混燃燒非常重要。
　　本文利用CFD軟件,先在冷流情況下采用顆粒軌道

2、模型對(duì)補(bǔ)燃室內(nèi)氣粒兩相流摻混進(jìn)行研究,以期為考慮化學(xué)反應(yīng)的固體火箭沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部燃燒流場(chǎng)的計(jì)算提供參考和依據(jù)。計(jì)算了多種固體火箭沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)(不同空氣進(jìn)氣道角度、顆粒直徑、燃?xì)鈬娚浣嵌?、燃?xì)鈬娍谖恢靡约翱諝膺M(jìn)氣道前后間距)以及顆粒直徑、燃?xì)赓|(zhì)量流率等因素對(duì)顆粒與氣流摻混的影響,并利用摻混度、無(wú)量綱顆粒濃度等方式定量評(píng)價(jià)氣粒摻混程度,研究結(jié)果表明:補(bǔ)燃室內(nèi)部流場(chǎng)極其復(fù)雜,包括多個(gè)回流區(qū)和旋渦,呈現(xiàn)強(qiáng)烈的三維特性。隨著空氣進(jìn)氣道角度的增加

3、,補(bǔ)燃室頭部回流區(qū)域被擠壓,旋渦上移,旋渦強(qiáng)度增加,氣粒摻混程度增加;顆粒直徑越小,隨流性越好,越有利于摻混;燃?xì)鈬娚浣嵌雀淖?增加了燃?xì)馍淞髋c空氣射流的相互作用,可以有效促進(jìn)氣粒摻混,在一定范圍內(nèi)增大噴射角度(遠(yuǎn)離進(jìn)氣道側(cè))有利于氣粒摻混;燃?xì)鈬娍谖恢镁嚯x空氣進(jìn)氣道越近摻混程度越好;前置進(jìn)氣道位置不變,只改變后置進(jìn)氣道位置,間距減少,補(bǔ)燃室頭部氣粒摻混會(huì)變好,但是氧含量降低;進(jìn)氣道周向方位角180°時(shí),顆?？梢詮浬⒅琳麄€(gè)補(bǔ)燃室,會(huì)比9

4、0o更有利于摻混。
　　隨后對(duì)補(bǔ)燃室燃燒進(jìn)行數(shù)值模擬,采用k??湍流模型和快速一步反應(yīng),研究改變顆粒直徑、空燃比、空氣來(lái)流總溫以及燃?xì)獾膰娚浣嵌鹊纫蛩貙?duì)燃燒效率的影響,結(jié)果表明:顆粒直徑越小,隨旋渦運(yùn)動(dòng)性越強(qiáng),在補(bǔ)燃室停留時(shí)間越長(zhǎng),燃燒效率提高;增加空燃比,提高空氣來(lái)流總溫,空氣射入補(bǔ)燃室的深度增加,使氧氣在補(bǔ)燃室的分布變得均勻,氧氣與燃料的摻混更加理想,燃?xì)獠辉偻Ａ粼谘a(bǔ)燃室的一側(cè),而是進(jìn)入補(bǔ)燃室中心區(qū)域與空氣中的氧進(jìn)行反應(yīng),因此