氢/氧燃烧室的传热特性

再生冷却火箭燃烧室传热特性的预估是高性能火箭发动机设计工作中最重要和最富挑战的任务之一.当发动机要求多次使用和几小时的寿命时,这项工作就显得更有意义。这篇报告总结了 DASA 从那时起直到现在根据他们燃烧室研制计划中得到的有用的数据对热流预估程序进行的不断改进和验证。DASA 传热预估程序现在很适合于室压3～20MPa,推力50～1000kN 的液氢液氧燃烧室的设计。不过,在重复使用运载器的领域及一般趋向于更经济的空间运载器系统设计的新方案中将要求寿命预估更可靠,因此,也需进一步改进传热预估。     

预燃室三维湍流和燃烧过程的数值模拟 (Ⅰ)计算模型和方法

对液氧－煤油液体火箭发动机的预燃室进行三维维湍流流动与燃烧过程的数值模拟，流动采用圆柱坐标系中的三维N－S方程组，并用k-ε双方程测流模型闭合，用同位网格和SIMPLE算法求解，源项进行线性化处理以便于收敛；离散后的方程采用SIP法求解；燃烧采用单频快速不可逆化学反应，喷注单元和预燃室头部的喷雾可以考虑液滴颗轨道模型（PSIC），针对液氧－煤油液体火箭发动机的预燃室建立耦合计算软件，通过考核算例获得燃气流场，组合浓度场和温度场的合理分布。     

一种新的喷雾燃烧液滴模型

本文考虑液滴的多状态现象,针对稀薄喷雾条件提出了一种新的液滴模型。该模型假定在给定雷诺数、邓克勒(Damkohler)数和传质数条件下,液滴处于环绕火焰燃烧、拖曳火焰燃烧和纯蒸发三种不同汽化形式中的一种。因为这种多状态现象是和着火、熄火、火焰的吹离和重新附着这些不可逆变化结合在一起的,所以液滴状态不仅仅只决定于雷诺数、邓克勒数、传质数和普朗特数。相同环境条件下,对不同初始条件,液滴可能具有不同的状态。为方便喷雾计算,建立了雷诺数和邓克勒数之间的四种临界关系式,以确定对一定初始条件的液滴在运动过程中的状态。另外,还建立了三种不同汽化形式下的液滴汽化速率和阻力系数的关系式,这些关系式是关于斯帕尔丁(Spalding)传质数、普朗特数和雷诺数的函数。最后,通过算例分析了给定燃烧环境时,可导致多状态现象的液滴初始条件。     

层板发汗冷却的应用及其冷却特性分析

本文在回顾层板发汗冷却应用的同时,展望了层板发汗冷却的应用前景。针对层板发汗冷却的特点,推导了其数学模型,并编程上机计算。用国外试验数据验证了模型和程序具有一定的精度,计算结果可信。对液氧作发汗液的情况进行了计算,较详细地分析了层板材料、层板厚度及发汗流量对冷却特性的影响。本文所提模型,所编程序和结论可用于层板发汗冷却结构的设计。     

预燃室三维湍流和燃烧过程的数值模拟(Ⅱ)数值模拟结果及分析

用三维湍流N－S方程和单步快速不可逆化学反应描述液氧－煤油液体火箭发动机预燃室内的三维湍流和燃烧过程。采用同位网格和SIMPLE算法求解控制方程，得到了喷注单元和预燃室内参数的详细分布。结果表明，预燃室结构设计合理，其出口处燃气浓度、温度分布均匀，质量加权平均温度与实际温度拉近，同时表明，预燃室头部的喷注单元和液氧二次喷注孔的结构排列，喷注单元的流动和燃烧状况，液氧二次喷注孔的入口参数等，对预燃室出口燃气温度等参数分布的均匀性影响很大。