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铝基金属燃料水冲压发动机内流场数值模拟
| 论文题名： | 铝基金属燃料水冲压发动机内流场数值模拟 |
| 关键词： | 水下超高速航行体;铝基金属燃料水冲压发动机;数值仿真;工作性能;热力计算 |
| 摘要： | 铝基金属燃料水冲压发动机作为水下超高速航行体的动力装置，有着良好的应用前景和研究意义，本文以提高铝基金属燃料水冲压发动机工作性能为目的，结合理论分析和热力计算，应用FLUENT数值仿真技术，对铝基金属燃料水冲压发动机进行研究。 首先对A1/AP/HTPB铝基金属燃料进行热力计算，研究其不同条件下的能量特性，研究表明铝基金属燃料有着较高的能量密度，铝基金属燃料中铝含量的越大，燃料的能量特性越高，在最优水燃比下，发动机比冲能够达到5000m/s以上。 其次对含铝复合推进剂发动机内流场的分布燃烧进行计算，模拟结果与文献一致，验证了本文数值模拟方法的正确性。然后对铝基金属燃料水冲压发动机进行数值模拟，数值计算的结果能够吻合热力计算的结果，发动机内各项参数相对误差不超过5％，准确地描述了铝基金属燃料水冲压发动机内流场燃烧与流动的工作过程，得到了水冲压发动机内铝/水燃烧的规律。 最后，对水冲压发动机进行优化设计，研究了一次进水位置、二次进水位置、水燃比和液滴雾化直径对铝基金属燃料水冲压发动机内流场分布的影响。结果表明一次进水距离较小时，一次水反应区靠近燃面，一次进水导致燃面附近温度降低，不利于推进剂和铝颗粒的稳定燃烧;一次进水距离较大时，一次进水和二次进水的水液滴蒸发吸热，导致流场温度降低，不利于铝/水反应的进行。二次进水距离较小时，二次进水水液滴蒸发吸热，铝/水反应区温度过早的降低，不利于铝/水反应的进行;二次进水距离较大时，在燃烧室内水液滴未能完全蒸发，发动机气相工质减少，同时造成两相流损失，发动机工作效率降低。总水燃比较小时，发动机燃烧室温度增大，水液滴蒸发效率高，两相流损失较小，但是气相工质较少，发动机比冲难以达到要求;当总水燃比较大时，发动机燃烧室温度较低，水液滴蒸发效率降低，两相流损失较大，发动机工作性能下降。雾化水液滴直径较小时，水液滴蒸发较快，能够较好地为铝/水反应提供氧化剂和为发动正常工作提供工质，但是当水液滴直径进一步减小，水液滴瞬间蒸发，流场温度迅速下降，不利于铝/水反应的进行;雾化水液滴直径较大时，水液滴蒸发时间增大，蒸发距离较长，铝/水反应速率下降，水液滴蒸发效率下降，两相流损失较大，发动机工作性能下降。在进行发动机设计过程中，需对以上参数进行合理设计，使得发动机性能达到最优。 |
| 作者： | 常浩 |
| 专业： | 航空宇航科学与技术 |
| 导师： | 刘平安 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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