层板推力室发汗冷却壁温特性的初步研究

对液体火箭发动机发汗冷却层板推力室的壁温特性进行了初步研究,通过建立一维固液耦合温差模型,利用有限体积法,计算得到沿推力室径向层板固体和冷却剂的温度分布,并对影响壁温特性的各种因素进行了计算分析,包括冷却剂流量、层板导热系数和冷却通道尺寸等.结果表明:冷却剂流量是控制层板结构温度的重要参数;层板应该采用一种导热系数适中的材料,过大或过小导热系数的材料都不利于推力室的整体性能;较大的冷却通道宽高比有利于层板向冷却剂导热;冷却通道内的换热效率与冷却剂流量和层板导热系数有关.

层板推力室再生冷却通道的传热特性分析

提出液体火箭发动机层板推力室再生冷却通道传热过程的数理模型。采用通用形式控制方程处理冷却剂紊流换热和通道材料导热的共轭传热问题 ,计算采用LVEL紊流模型 ,并考虑冷却剂 (氢 )的热物性参数随温度和压力的变化及层板材料热物性随温度的变化。结果表明 ,采用大高宽比、小气壁厚度的通道设计 ,可显著提高再生冷却能力 ,降低室壁温度和温差。采用对流换热系数和热物性为常数的简化处理会引起很大误差。

层板发汗冷却推力室壁温的数值模拟

运用有限差分方法对一台设计工况下的层板发汗冷却推力室的壁温特性进行了数值模拟。计算结果表明：壁温相同情况下，发汗冷却推力室承受的燃气温度可比膜冷却方式提高约１０００℃；燃气温度相同时，发汗冷却推力室的壁温较非发汗冷却降低约５０％；层板室壁温度梯度集中在燃气侧；ｍ１／２越大，层板室壁内部换热效率越高，层板内壁温度越低，内、外壁温差越大。

层板发汗冷却推力室传热分析

对于采用层板发汗冷却的推力室,为了最大限度地减少冷却剂流量,理想情况是,应根据不同轴向位置的受热情况来分配冷却剂流量,以使各处的壁面温度都控制在材料的许用温度内。本文运用有限体积法,对层板发汗冷却推力室内的燃气流动和壁面内的传热进行了数值模拟,同时通过调节冷却剂吹风比,使各处的壁面温度都控制在材料的许用温度之内。为综合考虑发汗冷却效果,将发汗冷却的两个方面,即推力室壁面内的传热和发汗流对传热的阻隔进行了耦合求解。数值研究结果表明:推力室内壁温度越低,所需的冷却剂的吹风比越大。

层板发汗冷却推力室的传热特性

建立层板发汗冷却推力室三维流-固耦合传热数理模型,数值模拟层板单元的传热特性．分析层板的几何机构、材料物性以及冷却剂性质对传热的影响,得到分配板片冷却剂通道深度比、导热系数的设计取值范围和采用不同冷却剂下层板单元的热特点,为层板发汗冷却推力室提供重要的设计基础．