固液火箭发动机多界面喷管瞬态传热特性研究

固液火箭发动机是一种采用固体燃料和液体氧化剂的一种新型火箭发动机,由于燃料和氧化剂是不同物理状态,且在燃烧室内为非预混扩散燃烧,因此固液火箭发动机固体燃料的燃速低,工作时间长。固液火箭发动机喷管一般采用被动热防护喷管,喷管结构在长时间工作中的热防护问题是发动机设计中的关键问题。针对工作时间为200s的全尺寸固液火箭发动机,本研究采用碳陶复合材料、钨渗铜高温合金和高硅氧酚醛树脂等材料,提出了三种喷管结构方案。随后通过建立喷管材料瞬态热传导和烧蚀仿真模型,对三种不同方案的喷管结构的传热特性进行了仿真计算,分析了固体药柱内径在工作过程中变化对喷管传热性能的影响,发现药柱内径会改变燃烧火焰层结构,进而影响喷管壁面的温度分布和热流分布,热流密度在喷管喉部位置达到最大值。本研究同时还开展了相应的地面热试车试验,对仿真结果进行了验证分析。此外,对固液火箭发动机的喷管设计提出了建议和展望。     

多腔室凹槽对涡轮叶顶流动传热特性影响的数值研究

现代航空发动机为获得更大输出功率和推重比,涡轮进口温度不断提高,因此高温燃气在无围带动叶叶顶间隙的泄漏引起叶顶热负荷急剧增加,甚至导致叶片烧蚀、失效,严重影响涡轮运行安全。为降低叶顶热负荷,抑制泄漏流,本文以GE-E3第一级叶栅为研究对象,通过求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS）方程和湍流模型研究了多腔室凹槽对叶顶流动传热性能的影响。研究结果表明:在多腔室凹槽中,叶顶换热系数随着叶顶空腔数量的增加而逐渐减小,凹槽腔室内刮削涡可有效降低泄漏流量。格栅结构在凹槽中起到“气动篦齿”作用,在0至20%的流向区域内泄漏流控制效果显著。Case7的叶顶换热系数最小,比Case1降低了40.44％;Case2和Case3可显著抑制叶顶泄漏量,与Case1相比分别降低了33.82％、28.90％。     

Fe—Mn—Si—Cr—Ni形状记忆合金的研究

利用电子显微镜对Ｆｅ－１５Ｍｎ－５．５Ｓｉ－１２Ｃｒ－７Ｎｉ（质量分数）形状记忆合金的物理本质进行了研究。结果表明：该合金的记忆效应是靠应力诱发ε－马氏体相变及其逆转变而产生的。ε－马氏体是在应力诱发下由奥氏体基体（１１１）γ面层错处形核产生的。通过热处理和训练处理后，该合金的记忆效应明显提高。     

壁面非平衡复相催化反应及其对传热的影响

本文在理想吸附层假定下对两种常见的复相催化反应模型导出了反应速度表达式，分析了反应级数的变化规律和范围，采用新定义的“壁面催化非平衡系数”作为表征壁面非平衡催化工况的准参则数，用粘性激波层法计算分析了壁面非平衡催化效应对驻点区壁面热流的影响规律。     

塑性变形提高形状记忆合金相变滞后机制的探讨

形状记忆合金经适当温度下的塑性变形可以有效地提高马氏体的稳定性,从而使相变滞后得以大幅度提高.本文根据马氏体相变热力学和动力学,并结合相关的实验结果,研究了弹性应变能弛豫和相变滞后的关系.结果表明,塑性变形产生的位错以及变形的第二相颗粒对逆马氏体相变温度的提高具有一定作用,但塑性变形导致应变能释放才是形变提高形状记忆合金相变滞后的主导因素.     

二维三角晶格的Peierls相变前后的声子色散曲线的研究

利用品格动力学理论计算了二维三角品格的Peimrls相变前后的声子能谱。并且在第一布里渊区绘制了主要的对称点、线上的声子色散曲线。通过对Peierls相变前后的声子能谱比较可知，随其对称性降低，声子能谱的简并度被破缺。二维三角品格的Peierls相变前只有两支声频支声子能谱，Peierls相变后有两支声频支声子能谱与两支光频支声子能谱，并且声频支声子能谱及光频支声子能谱不相交，两支光频支声子沿ky轴平缓地变化。     

有冷却的涡轮叶片三维和准三维温度场计算

通过对二维、准三维和三维程序的开发和运用,对叶片的准三维、三维和二维温度场进行了计算,通过对各种计算结果的比较评价,为气冷叶片的传热设计提供了更有价值的数据。     

双工况氢氧发动机燃烧与传热数值分析

应用三维湍流N-S方程以及颗粒轨道模型描述双工况氢氧发动机内部喷雾两相燃烧流动过程。两相之间的质量、能量交换由液滴蒸发模型计算，气相化学反应速率由Arrhenius公式计算。通过耦合求解气液两相的模型方程，对发动机转工况前后的三维流场进行了数值计算，并耦合计算了燃气与壁面之间的传热以确定壁面的温度和热流分布。另外还对分别采用同轴离心式喷嘴和直流式喷嘴得到的燃烧流场与燃烧效率进行了比较。计算结果表明转工况前的壁面温度与热流都比转工况后大。离心式喷嘴的雾化混合效果与燃烧效率都比直流式喷嘴好。     

用有限元显式算法解具有烧蚀动边界的传热问题

本文借助于运动坐标系用显式有限元算法求解烧蚀动边界的传热问题。通过坐标变换,在变换平面内确定固定的有限元结点,物理平面内对应的结点随边界的烧蚀而运动。在线性插值函数模式下温度的时间导数在三角形单元中处处相等的假设下导出有限元方程的显式计算格式。对横观各向同性材料的端头帽在再入飞行中的烧蚀和瞬时温度场的计算结果与用有限差分法计算的结果相互吻合。     

内部再生冷却推力室及其传热分析

内部再生冷却是一种新的推力室冷却技术,目前国内尚未采用.本文从物理模型及数学模型两方面研究了内部再生冷却机理,着重在不同边区冷却液流量、室壁材料和室壁厚度下进行了推力室壁的二维温度场的数值计算,并就计算结果作了分析和讨论.