均匀气体中内自由度激发松弛与离解反应的直接统计模拟

空间均匀气体内自由度的激发松弛及离解反应,用直接模拟蒙特卡罗方法进行了数值模拟。为模拟非弹性碰撞,采用与变径刚球模型(VHS)相结合的Larsen-Borgnakke模型。振动能与转动能分别考虑,为此发展了一种对有奇异性的分布的取样法,即积累分布-取舍联合法。确定了与实验松弛时间相符的非弹性碰撞数Z_V,Z_R,得到了有转动、振动激发耦合的离解反应的满意的直接模拟。     

水工质微波加热推力器的击穿点火与离解损失估算

对水工质微波等离子推力器(MPT),用微波击穿气体放电产生等离子体的条件,数值估算了其点火的可行性;通过化学动力学计算证明了水工质MPT中离解损失的存在,并初步估算了理解损失的大小。结果表明,在1 kW的输入功率下水工质MPT的点火启动并不特别困难,从点火到稳定工作,能量吸收从场致电离、碰撞电离转变为热电离、碰撞电离和场致电离;水在MPT工作过程中会发生离解,离解损失在各类能量损失中所占的比重较大。     

双基推进剂热分解反应动力学参数的计算

本文根据在CDR-1型热分析仪上测得的一条非等温DSC曲线,确定了双基推进剂热分解反应的最可几机理函数,提出了计算三个动力学参数(E,A和n)的数值方法.该法用线性最小二乘法、迭代法以及二分法与最小二乘法相结合的方法,以积分方程、微分方程和放热速率方程拟合实验数据.在逻辑选择建立了微分形式或积分形式的机理函数的最可几一般表达式后,用放热速率方程计算相应的动力学参数E,A和n的值.     

离解反应速率常数中的方位因素

以碰撞理论为基础探讨了结构方位因素对离解反应速率常数的影响,建立了计及方位特征的离解反应模型,计算对比了热平衡假设下空气中几个典型的离解反应的Arrhenius图.结果表明,在所选实例中,除了反应N₂+N和O₂+O外,考虑方位因素后确实能够更好地理论估算出反应速率常数.对上述例外文中做了一定的讨论.     

硝胺复合固体推进剂燃速估算

本文讨论了硝胺炸药RDX、HMX的热分解及其对固体推进剂燃速的影响.提出了一种适用于AP/RDX(HMX)/HTPB(PU)/Al体系复合固体推进剂燃速预估的计算程序,计算结果与实测值十分吻合.     

非平衡状态下双原子分子振动态的分布

为尝试修正Hammerling假设,在仔细分析了非平衡状态下双原子分子振动态的分布特征的基础上,提出了新的分布近似函数.该近似分布函数能很好地体现非平衡状态下双原子分子振动态分布的主要特征,其在离解反应速率的理论计算中的应用也证明是成功的.同时还部分证明了Park的双温模型具有其理论基础.      

高温非平衡氮组分多温度振动-离解耦合模型

基于多温度模型的基本思想,从惟象角度分析了非平衡状态下双原子分子振动态分布的特征信息。研究了双原子分子在非平衡弛豫过程中振动—离解耦合特点,认为较低和较高振动态首先达到相对独立的准平衡状态,较高振动态的局域离解造成的相对数密度分布密度差将导致各个振动态数密度从新分布;而这一过程也是系统通过V-V传能、T-V传能不断把位于较低振动态的分子通过中间振动态激发到较高振动态,为离解做能量积累的过程。通过对目前较常用的Hammerling假设的修正,用中间振动态数密度分布情况重新定义了双原子分子非平衡态下的振动温度,建立了新的关联振动-平动温度的双原子分子振动态非平衡近似分布模型。通过模拟氮分子非平衡激波加热过程结果表明,本模型较好地预报了氮分子非平衡振动松弛过程中"诱导期"以及平均振动能、振动温度的时间特性。     

DSMC热化学模拟分子数对氮氧离解反应计算影响的分析

准确模拟高速流场中的热化学非平衡问题一直都是各种流场数值计算的难点。DSMC作为一种有效的流场模拟方法,从统计学的角度而言,作为统计母体的模拟分子数是影响计算准确性的关键。Bird等[Bird,1990]针对不涉及热化学非平衡的流场提出了一个统一的模拟分子数选取规则。本文在热浴条件下使用DSMC模拟了空气中三种常见氮氧气体的离解反应,对涉及热化学非平衡的流场中模拟分子数对DSMC精度的影响进行了分析。结果表明:与Bird针对普通流场所提出的统一模拟分子数选取规则不同,在不同的流场物理条件(本文主要为温度)下,得到正确结果的模拟分子数阈值与温度成正相关(最小离解度与最大离解度模拟分子数选择下限相差10倍),超出阈值后增加模拟分子数对流场精度并无明显提高,这一结果与Parker的分子能量传递理论相符。从保证计算精度和平衡计算效率的角度,本文的结论对DSMC非平衡流场模拟具有参考价值。     

固体火箭超燃冲压发动机理论性能分析

基于布雷顿循环,考虑燃烧产物的离解,针对固体火箭超燃冲压发动机工作过程进行了建模研究,开展了发动机理论性能分析,研究了飞行参数、燃料种类对发动机性能的影响,探究了超燃冲压发动机的工作极限。结果表明：固体火箭超燃冲压发动机的性能随着飞行马赫数的增大和飞行高度的升高而下降;当工作当量比增大时,质量比冲和体积比冲均下降,但比推力逐步上升;当工作空燃比增大时,比推力下降,但质量比冲和体积比冲均逐步升高。燃料种类对发动机性能有显著影响,在空燃比5～27的范围内,固体推进剂的体积比冲存在明显优势,但比推力和质量比冲不及氢气和煤油。相比于氢气和煤油,采用硼基固体推进剂作为燃料的超燃冲压发动机可以在更宽的飞行马赫数范围内工作,预示着固体火箭超燃冲压发动机宽包络飞行的潜力。