固体火箭发动机尾流场数值模拟

建立了固体火箭发动机(SRM)点火后的尾流场数值模型,分析了高速燃气射流沿SRM轴向和径向的分布规律,并与红外实验图像进行了对比分析。结果表明:高速射流的速度、压强和温度在喷管出口的波动幅度较大;靠近喷管出口处的压强沿径向呈先降低后增加趋势,随着距喷管出口距离的增加,压强呈单调递减趋势;到达射流剪切层边界时,径向速度的衰减梯度增大,在离开喷管出口约2m附近的射流峰值压强较高。

固体火箭发动机工作末期的内流场数值计算

针对固体火箭发动机(SRM)绝热结构设计中的气固两相内流场数值计算问题,基于Euler-Lagrange方法,应用SSTk-ω湍流模型和颗粒轨道模型(PTM),并用PSIC方法进行气固耦合计算,仿真研究了某型SRM工作末期复合过载条件下的三维两相内流场特性。揭示了两个典型工况下的SRM内部压强和温度场、燃气和粒子速度场、粒子沉积分布及其运动规律,重点分析了SRM不同部位的颗粒沉积浓度变化。结果表明:在复合过载条件下,颗粒沿横向过载的反方向偏移,滞后效应明显,容易撞击喷管收敛段;两种工况下的SRM内部压强、温度及速度场分布规律相近;最高粒子沉积浓度产生于SRM后封头的绝热层内壁,并形成粒子聚集流及其两侧尺度较大的低速旋涡流动现象;随着推进剂的燃面不断推移,在贴近绝热层壁面处的平均粒子沉积浓度呈升高趋势。

前后翼型装药结构SRM气固两相流动特性

基于可压缩流动强守恒型Navier⁃Stokes方程,运用颗粒轨道模型(PTM)和shear stress transfer(SST)k⁃ω湍流模型,采用计算单元内颗粒源法(PSIC)进行气固两相耦合计算,建立了某型前后翼型装药结构固体火箭发动机(SRM)工作初期的三维两相内流场数值计算模型。对比分析了纯气相和气固两相条件下的SRM内部压强场、速度场、粒子沉积质量浓度和分布规律;重点研究了SRM燃烧室和喷管不同部位的颗粒沉积质量浓度,并考虑了不同颗粒物粒径、横向及纵向过载等因素的影响。结果表明:前后翼型装药结构SRM工作过程所产生的固体粒子主要集中于药柱前翼、后翼及筒段壁面;随着颗粒物粒径增加,各监测面上的粒子沉积质量浓度均升高;横向过载量与承载面最大颗粒沉积量呈正相关,且承载面和非承载面的粒子分布不均匀;随着轴向过载增加,颗粒物沿过载方向不断积累,逃逸率升高,沉积量降低;过载所引起的颗粒物方向偏转将同时影响燃烧室和喷管壁面的粒子沉积质量浓度,在前后翼型装药结构SRM绝热层设计中应充分考虑。