Multi-phase flow effect on SRM nozzle flow field and thermal protection materials

Multi-phase flow effect generated from the combustion of aluminum based composite propellant was performed on the thermal protection material of solid rocket motor(SRM) nozzle.Injection of alumina(Al₂O₃) particles from 5% to 10% was tried on SRM nozzle flow field to see the influence of multiphase flow on heat transfer computations.A coupled,time resolved CFD(computational fluid dynamics) approach was adopted to solve the conjugate problem of multi-phase fluid flow and heat transfer in the solid rocket motor nozzle.The governing equations are discretized by using the finite volume method.Spalart-Allmaras(S-A) turbulence model was employed.The computation was executed on the different models selected for the analysis to validate the temperature variation in the throat inserts and baking material of SRM nozzle.Comparison for temperatures variations were also carried out at different expansion ratios of nozzle.This paper also characterized the advanced SRM nozzle composites material for their high thermo stability and their high thermo mechanical capabilities to make it more reliable simpler and lighter.      

非对称喷管化学非平衡粘性湍流流动数值研究

采用RNG k−ε湍流模型和有限体积方法数值求解有组分的守恒形式Navier-Stokes方程,针对设计的超声速燃烧冲压发动机单斜面膨胀喷管,采用氢氧七组元八反应模型,数值模拟不同高度、不同来流马赫数条件下的喷管流场和性能。计算结果表明,喷管内的进一步燃烧对燃烧室起到了一定的补燃作用,对喷管性能影响较大。化学非平衡状态下,喷管推力特性和升力特性显著提高。超燃冲压发动机尾喷管的性能研究,应考虑化学非平衡流动的影响。     

脉冲爆震火箭发动机喷管构型数值研究

利用准1维模型对带喷管和不带喷管脉冲爆震火箭发动机(PDRE)模型的工作过程进行了数值仿真,研究了喷管构型对单次爆震过程流动以及排气性能的影响。结果表明,带有收敛扩张喷管和收敛喷管PDRE的内部流场比不带喷管和带扩张喷管PDRE的更为复杂。在爆震管完全填充的条件下,各种构型的喷管都能使PDRE性能增益,而收敛喷管使PDRE性能增益最大。但是,带收敛喷管PDRE的比冲仍远低于热力循环理论值,因而优化喷管设计具有进一步提高比冲的潜力。     

聚焦方向对吸气式激光推进冲量耦合系数的影响

为了获得吸气式激光推进冲量耦合系数随聚焦方向的变化规律,针对抛物形喷管,采用光线追踪法求解辐射输运方程,通过与二维轴对称辐射流体动力学方程组联立,计算得到了3组单脉冲激光能量条件下不同聚焦方向对应的冲量耦合系数。计算结果表明:当聚焦方向在0°～135°范围内变化时,冲量耦合系数总体上呈下降趋势,而且激光能量较大时,这种趋势愈明显。     

纳米颗粒胶体射流抛光喷嘴的流场仿真研究

对空化射流抛光喷嘴的流场整体进行了仿真分析.对锥形射流喷嘴与旋转射流喷嘴的流场进行模拟计算,得到流场中速度与压力分布图,工件表面处速度和压力都呈现M形分布.旋转射流因为具有旋转速度而有更好的掺混能力,空化能力更强.综合比较,旋转射流喷嘴更适合空化射流的应用.     

碳包覆纳米铝粉的制备

采用激光-感应复合加热法在CH4和Ar的气氛下制备了碳包覆铝纳米粒子。对这种纳米粒子进行X射线衍射和透射电子显微镜分析测试,提供了确定纳米颗粒新型核-壳结构的实验依据。设计了几种类型的CH4气体喷嘴,经实验可知,CH4在高温区分解时,很容易与铝发生化学反应,只有选择合适的喷嘴类型和合适喷嘴高度才有可能制备出副产物较少的碳包覆铝粉。最后讨论了CH4气体流量和炉内总压对碳包覆纳米铝粉制备的影响。     

基于数值模拟的轴对称矢量喷管性能预测数学模型

基于三维数值模拟,对不同轴对称矢量喷管在多种工作状态下的内外流场进行了研究,分析了扩张角及扩张段长度对喷管有效矢量角的影响.基于最小二乘曲面拟合理论,建立了自变量包括扩张角、扩张段长度/喉道直径、落压比/设计落压比、几何偏转矢量角的多变量轴对称矢量喷管性能预测数学模型,并根据已有实验数据,对该模型进行了验证结果表明:推力系数误差最大为0.41%,流量系数误差最大为1.58%,矢量角误差最大为1.76°.建立的数学模型通用性较强,实现了用统一的模型对不同喷管性能参数进行预测和分析,具有一定的工程意义.      

高原环境续航火箭喷管推力降低异常现象

为了研究某种续航火箭喷管推力的异常现象,采用AUSM+(advection upstream splitting method)格式、SST(shear stress transport)湍流模型和LU-SGS(lower-upper symmetric Gauss-Seidel)隐式算法,求解二维轴对称RANS(Reynolds averaged Navier-Stokes)方程,对入口压力相同、环境压力不同的该喷管进行了数值模拟,得到了在环境压力为50.67~101.32kPa下其推力特性的差异,并分析了异常现象产生的原因.结果表明:随着环境压力的降低,外喷管出口边界的静推力为负值且绝对值呈现先增加后减小的变化规律.在环境压力为60.80~101.32kPa区间范围时,外喷管出口边界的动推力和总推力变化相对较小,当环境压力小于60.80kPa时,该出口边界的动推力和总推力急剧降低.      

轴对称矢量喷管有效喉道调节方法

基于三维雷诺平均Navier-Stokes方程对轴对称矢量喷管内流场进行了数值模拟,分析了不同落压比下轴对称矢量喷管有效喉道及流量系数随矢量偏转角的变化规律.研究发现:矢量偏转角超过一定值时,轴对称矢量喷管有效喉道位置发生倾斜,有效喉道面积减小,流量系数降低,矢量偏转角越大落压比越低,流量系数降低幅度越大.根据研究结果提出了一种针对矢量偏转状态的轴对称矢量喷管有效喉道调节方法,方法以落压比和矢量偏转角为输入参数,考虑了轴对称矢量喷管几何喉道面积调节前后流量系数的变化.该调节方法能够为发动机控制系统提供更精准的输入,提高控制精度,矢量偏转前后流量相差不超过0.4%,调节时间缩短至少10%,可为推力矢量发动机工作状态调节提供参考.      

气候环境实验室内降雨系统试验及仿真研究

通过试验和仿真对大型航空气候环境实验室内降雨单元的降雨均匀性进行研究。搭建试验台,分别对单个喷嘴和降雨单元的降雨均匀性进行试验研究。根据试验结果,分析喷嘴型号、喷嘴布置形式对降雨强度均匀性的影响。利用Matlab编程对不同型号喷嘴的降雨强度均匀性进行仿真研究。结果表明,喷射角度为120°的喷嘴喷淋性能基本一致,实际降雨覆盖面积直径最大可达3 m;降雨单元上喷嘴间距为1m时可以获得较好的降雨强度均匀性。