高能燃料燃燒流場的數(shù)值模擬.pdf

1、Li/SF6化學熱源系統(tǒng)是一種以金屬液態(tài)鋰為燃料，SF6氣體為氧化劑的先進閉式熱動力系統(tǒng)。熔融態(tài)鋰是一種高能液態(tài)金屬燃料，1kg鋰跟SF6反應可放出熱量13kW·h。Li/SF6化學熱源系統(tǒng)所具有的高能量密度、高比熱能、不受外界環(huán)境影響及在標準操作壓力下產(chǎn)生濃縮相產(chǎn)物等優(yōu)點，無論是應用于水下動力裝置、太空推進動力裝置還是在其他特殊環(huán)境下的動力裝置，都具有比較明顯的優(yōu)勢，故對這方面的研究具有重要的實際意義。 本文旨在通過構造反映L

2、i/SF6化學熱源系統(tǒng)結構和內部燃燒流動規(guī)律的模型與基本方程組，建立起描述該化學熱源非穩(wěn)態(tài)三維反應流的數(shù)學物理模型：模擬系統(tǒng)內部燃燒的RNGκ—ε雙方程湍流流動模型；模擬氧化劑與燃料進行一步燃燒反應時的有限化學反應速率模型；模擬內部燃燒流場較小光學深度的輻射換熱DTRM模型等，對模型進行一定合理的簡化，然后對系統(tǒng)內部燃燒流場進行了數(shù)值模擬。在數(shù)值模擬過程中，對計算區(qū)域的空間離散化引入貼體坐標系統(tǒng)：對控制方程采用一階迎風格式進行離散；壁面

3、處理采用壁面函數(shù)法；采用PISO算法來計算壓力速度耦合問題等。 本文通過對兩個不同結構的反應器進行了數(shù)值模擬，比較分析了10秒內的燃燒流場，并逐漸增加入口流量對其中一個反應器進行了數(shù)值模擬，得到如下內容：1、反應初期，結構較小的反應器內流場變化更劇烈；2、流量的增加，加速了氧化劑與燃料的混合，導致反應速率增加、溫度升高、壓力波動范圍變大，及在較長時間內整個反應處于非穩(wěn)定狀態(tài)。同時本文通過4組各不相同的入口質量流量和Li液初始溫度