低功率氮氢电弧加热发动机非平衡数值模拟

文章对低功率氮氢电弧加热发动机进行了双温度化学非平衡数值模拟研究,模型中包含总的能量方程和电子能量方程,等离子体组分包括分子、原子、离子和电子等7个组分,采用的化学动力学模型中包含了氮氢组分解离、电离等重要的动力学过程,气体的物性根据当地的组分和温度实时计算。通过计算获得了发动机内部气体温度及各组分数密度分布。结果表明,发动机轴线附近等离子体接近热力学平衡,而在发动机阳极壁面电弧贴附区域等离子体明显偏离热力学平衡;计算获得的组分分布表明电弧加热发动机内存在反混合过程,即发动机内各组分分布与入口浓度分布明显不同。氢组分由发动机中心到阳极壁面沿径向呈现先减小后增大的趋势;而氮组分的浓度分布趋势与氢组分相反;进一步的分析表明,发动机内各组分的扩散主要受到气体解离和电离过程引起的浓度梯度所驱动。

10kW级氢电弧加热发动机非平衡等离子体流动过程的数值模拟

为对10kW级氢电弧加热发动机中的流动与传热过程进行热力学及化学非平衡数值模拟研究,采用的数学物理模型中引入重粒子和电子能量方程考察发动机喷管内等离子体流动的热力学非平衡特性;引入氢原子、氢离子组分方程,结合总体连续方程和适当的化学反应,考察发动机喷管内等离子体流动的化学非平衡特性;数值计算所需的热力学和输运性质在求解过程中按照当地条件参数计算;控制方程组采用基于Roe格式的数值方法进行离散求解。计算获得的发动机性能参数与文献报道结果相比合理符合。数值模拟结果表明,在发动机喷管内壁面,电子和重粒子的温度差远大于沿发动机轴线的二者之差,说明在发动机内壁面附近电子和重粒子偏离热平衡状况比较明显。通过对各种氢组分在发动机内分布及演化过程分析表明,在发动机出口等离子体流动处于化学非平衡状态。