高能燃料燃燒流場(chǎng)的數(shù)值模擬.pdf

1、Li/SF6化學(xué)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(jìn)閉式熱動(dòng)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(yīng)可放出熱量13kW·h。Li/SF6化學(xué)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(biāo)準(zhǔn)操作壓力下產(chǎn)生濃縮相產(chǎn)物等優(yōu)點(diǎn)，無(wú)論是應(yīng)用于水下動(dòng)力裝置、太空推進(jìn)動(dòng)力裝置還是在其他特殊環(huán)境下的動(dòng)力裝置，都具有比較明顯的優(yōu)勢(shì)，故對(duì)這方面的研究具有重要的實(shí)際意義。 本文旨在通過(guò)構(gòu)造反映L

2、i/SF6化學(xué)熱源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和內(nèi)部燃燒流動(dòng)規(guī)律的模型與基本方程組，建立起描述該化學(xué)熱源非穩(wěn)態(tài)三維反應(yīng)流的數(shù)學(xué)物理模型：模擬系統(tǒng)內(nèi)部燃燒的RNGκ—ε雙方程湍流流動(dòng)模型；模擬氧化劑與燃料進(jìn)行一步燃燒反應(yīng)時(shí)的有限化學(xué)反應(yīng)速率模型；模擬內(nèi)部燃燒流場(chǎng)較小光學(xué)深度的輻射換熱DTRM模型等，對(duì)模型進(jìn)行一定合理的簡(jiǎn)化，然后對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部燃燒流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬。在數(shù)值模擬過(guò)程中，對(duì)計(jì)算區(qū)域的空間離散化引入貼體坐標(biāo)系統(tǒng)：對(duì)控制方程采用一階迎風(fēng)格式進(jìn)行離散；壁面

3、處理采用壁面函數(shù)法；采用PISO算法來(lái)計(jì)算壓力速度耦合問題等。 本文通過(guò)對(duì)兩個(gè)不同結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器進(jìn)行了數(shù)值模擬，比較分析了10秒內(nèi)的燃燒流場(chǎng)，并逐漸增加入口流量對(duì)其中一個(gè)反應(yīng)器進(jìn)行了數(shù)值模擬，得到如下內(nèi)容：1、反應(yīng)初期，結(jié)構(gòu)較小的反應(yīng)器內(nèi)流場(chǎng)變化更劇烈；2、流量的增加，加速了氧化劑與燃料的混合，導(dǎo)致反應(yīng)速率增加、溫度升高、壓力波動(dòng)范圍變大，及在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)整個(gè)反應(yīng)處于非穩(wěn)定狀態(tài)。同時(shí)本文通過(guò)4組各不相同的入口質(zhì)量流量和Li液初始溫度