凝相粒子相变及微观传热对喷管内两相流动换热的影响规律研究

固体火箭发动机喷管燃气中氧化铝凝相粒子与环境间的传热及凝固过程影响了喷管两相流动换热过程。构建了凝相粒子的微观传热模型—粒子与环境间的对流换热、辐射换热及液-固相变模型,并将粒子微观传热模型与喷管内一维两相非平衡流动模型进行耦合计算,获得了考虑凝相粒子相变及微观传热对喷管内非平衡两相流动传热的影响规律。结果表明:基于Drake模型计算喷管内粒子与环境间对流换热的精度最高,对于粒子而言辐射传热远小于对流传热,占比仅为0.041%。考虑粒子液-固相变时,计算得到的气相和凝相粒子出口温度显著高于不考虑相变的,而出口速度则略为升高。当喷管入口温度为3000 K时,与无相变的结果相比较,气相和凝固粒子的出口温度分别高出25.5%和26.7%,而出口速度则分别高出1.2%和0.5%。