NTO/UDMH燃烧机理构建与着火特性分析

为提高自燃推进剂液体火箭发动机燃烧流场的CFD数值计算精度,基于分级法思想构建了63组分357基元反应的四氧化二氮(NTO)/偏二甲肼(UDMH)详细燃烧机理。分别采用单一简化方法与综合多种简化方法对详细机理进行简化,得到与详细机理吻合较好的35组分149基元反应和23组分19基元反应。在此基础上,研究了不同压力、温度与氧燃比对详细机理与简化机理着火特性的影响规律:增大初始压力整体会增加系统平衡温度与着火延迟时间,初始压力越大,系统平衡温度增加越慢,从1035~1320 K/MPa减小至170~320 K/MPa;初始温度的升高会增加系统平衡温度但缩短了着火延迟时间,初始温度增加1 K,系统平衡温度约增大3 K;增大氧燃比会降低系统平衡温度、增大着火延迟时间,氧燃比越大,着火延迟时间增加越多。获得的规律为NTO/UDMH反应动力学研究提供了重要的参考依据与理论基础,构建得到的详细及简化机理有助于建立更加准确的发动机燃烧流场仿真模型。

UDMH/NTO双组元凝胶推进剂的制备及性能研究

对UDMH/NTO(偏二甲肼/四氧化二氮)双组元推进剂凝胶剂进行筛选的基础上,分别制备了UDMH与NTO凝胶推进剂,利用Brookfield流变仪研究了其流变性能;在进行了初步发动机试验后发现,氧化剂凝胶的无机凝胶剂颗粒会堵塞管路而使试验不能正常进行。通过对氧化剂凝胶的改进,重新建立了氧化剂凝胶体系并研究了其流变性能。发动机试验表明:新的UDMH/NTO双组元凝胶体系能够满足发动机设计对凝胶推进剂的要求。

UDMH/NTO火箭发动机尾焰流场特性数值仿真

采用AUSM(advection upstream splitting method)空间离散格式,探究了常用的3种k-ε湍流模型和2阶、3阶迎风格式对激波捕捉效果的影响。采用标准k-ε双方程模型和2阶迎风格式对不同高度和不同来流马赫数下的偏二甲肼/四氧化二氮(UDMH/NTO)火箭发动机尾焰流场进行喷管-尾焰流场一体化仿真。复燃反应采用12组分18步化学反应模型,喷管入口参数由热力计算给出。结果表明:随着来流马赫数的增加,波节数逐渐降低;随着飞行高度的上升,尾焰影响区域逐渐扩大;复燃反应造成混合区中的O_2、N_2质量分数大幅下降,而混合区中O、OH、NO质量分数则有所上升。

液体推进剂泄漏时的安全疏散距离

液体推进剂属于危险化学品,一旦发生泄漏,会引起火灾、爆炸、人员中毒和环境污染。因此,有效地控制推进剂泄漏,对于减缓危害十分重要。该文分析了液体推进剂的泄漏扩散过程,建立了推进剂管道或贮罐孔洞突发泄漏时污染物时空分布模型,采用大气Gauss扩散模型计算了发生泄漏扩散时的安全距离和人员疏散范围。结果表明:当推进剂泄漏到直径为5 m的液池中且连续扩散时:偏二甲肼的安全疏散距离为1 200 m;四氧化二氮的安全疏散距离为600 m。该模型可用于推进剂泄漏时的应急处置和风险管理。