固沖發(fā)動機補燃室冷流摻混效果與燃燒效率分析.pdf

1、補燃室是固體火箭沖壓發(fā)動機的重要組成部分,補燃室的性能對固沖發(fā)動機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)動機常用其作為貧氧推進劑的添加劑。但硼顆粒在燃氣發(fā)生器中由于缺氧和低溫不能充分點火和反應(yīng),會使燃氣攜帶大量的硼顆粒進入補燃室,顆粒在補燃室停留的時間非常短,為了在很短的時間內(nèi)組織好二次燃燒,提高補燃室的效率,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、模型對補燃室內(nèi)氣粒兩相流摻混進行研究,以期為考慮化學(xué)反應(yīng)的固體火箭沖壓發(fā)動機內(nèi)部燃燒流場的計算提供參考和依據(jù)。計算了多種固體火箭沖壓發(fā)動機結(jié)構(gòu)(不同空氣進氣道角度、顆粒直徑、燃氣噴射角度、燃氣噴口位置以及空氣進氣道前后間距)以及顆粒直徑、燃氣質(zhì)量流率等因素對顆粒與氣流摻混的影響,并利用摻混度、無量綱顆粒濃度等方式定量評價氣粒摻混程度,研究結(jié)果表明:補燃室內(nèi)部流場極其復(fù)雜,包括多個回流區(qū)和旋渦,呈現(xiàn)強烈的三維特性。隨著空氣進氣道角度的增加

3、,補燃室頭部回流區(qū)域被擠壓,旋渦上移,旋渦強度增加,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;燃氣噴射角度改變,增加了燃氣射流與空氣射流的相互作用,可以有效促進氣粒摻混,在一定范圍內(nèi)增大噴射角度(遠離進氣道側(cè))有利于氣粒摻混;燃氣噴口位置距離空氣進氣道越近摻混程度越好;前置進氣道位置不變,只改變后置進氣道位置,間距減少,補燃室頭部氣粒摻混會變好,但是氧含量降低;進氣道周向方位角180°時,顆?？梢詮浬⒅琳麄€補燃室,會比9

4、0o更有利于摻混。
　　隨后對補燃室燃燒進行數(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、空氣來流總溫以及燃氣的噴射角度等因素對燃燒效率的影響,結(jié)果表明:顆粒直徑越小,隨旋渦運動性越強,在補燃室停留時間越長,燃燒效率提高;增加空燃比,提高空氣來流總溫,空氣射入補燃室的深度增加,使氧氣在補燃室的分布變得均勻,氧氣與燃料的摻混更加理想,燃氣不再停留在補燃室的一側(cè),而是進入補燃室中心區(qū)域與空氣中的氧進行反應(yīng),因此