基于气固两相双流体模型研究火箭发动机斜切喷管流场特性

为了研究火箭发动机(SRM)斜切喷管的两相流动特性,采用气体-颗粒相双流体模型,并结合多区域混合网格技术,对发动机斜切喷管内气相与颗粒相的相互作用规律进行研究,探索颗粒直径与颗粒质量分数变化对发动机喷管气固两相流动特性的影响。结果表明:固体颗粒相的存在,对发动机斜切喷管的流场结构产生重要影响,导致喷管轴线附近存在一个燃气流动速度较低,温度较高的区域。同时,喷管壁面附近存在无粒子区,随着颗粒直径的增加,无粒子区域的范围逐渐扩大。并且,颗粒直径越大,其运动速度越小,在喷管内的滞留时间越长。颗粒直径与质量分数的变化同样会影响发动机喷管的流场结构,随着颗粒直径的增加,发动机喷管轴线处气相马赫数先减小后增大,而燃气温度则先增大后减小;发动机推力的变化趋势与马赫数变化趋势相同,但两者并不同时达到极值点。颗粒相的质量分数越大,沿喷管轴线方向的气相马赫数和发动机推力越小,喷管两相流损失越大。     

二元收扩喷管设计参数对红外特征影响的数值研究

采用正交试验设计方法进行排气系统红外辐射(IR)特征数值模拟算例的设计,研究了二元收扩喷管(2D-CD)喉部宽高比、喉部型面半径比、收敛半角和扩张半角等参数对排气系统红外辐射特征的影响,并且开展了参数对排气系统红外辐射特征影响灵敏度的分析。结果表明:扩张半角是影响二元排气系统红外辐射特征空间范围最宽的参数,收敛半角主要影响尾向10°~30°范围的红外辐射特征,喉部宽高比主要影响正尾向0°和侧向90°的红外辐射特征,喉部型面半径比对红外辐射特征的影响较小;二元排气系统不同方向上红外辐射特征的最主要影响参数不同,正尾向0°方向上的最主要影响参数是喉部宽高比,侧向90°方向上的最主要影响参数按影响程度大小排序依次为扩张半角、喉部宽高比。     

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。     

可调喷口双模态冲压发动机试验研究

在模拟飞行马赫数Ma=6, 高度25km的条件下, 针对可调喷口液体碳氢燃料双模态冲压模型发动机进行了直连式试验研究.结果表明借助喷口可调机构, 可以提高模型发动机的点火性能和推力性能, 并且可以在低当量比下实现亚燃模态, 而一旦亚燃阶段实现火焰维持, 通过喷口截面的调节, 模型发动机可以平稳地实现亚燃/超燃间的模态转换过程.采用可调喷口结构对于简化几何完全可调双模态冲压发动机的设计、拓宽现有固定几何双模态冲压发动机的工作范围都具有一定参考价值.      

塞式喷管推力模型的建立与实验验证

 为了能够方便快捷地对塞式喷管发动机的性能做出准确的预示,通过理论分析,结合塞式喷管的流场特征,提出了一种塞式喷管壁面压强分布的数学模型。在此基础上,分别建立了全长型和截短型的塞式喷管的推力模型。通过与实验的对比分析,模型与实验数据基本吻合,验证了塞式壁面压力分布的数学模型以及在此基础上建立的推力模型,可以作为塞式喷管发动机性能预示的有效工具。     

两相流环缝塞式喷管设计方法

 在常滞后两相流假设下,提出改进的Angelino理想型面法和改进的“二次曲线+三次曲线”造型法设计两相流环缝塞式喷管;计算了这两种改进方法设计的塞式喷管性能。算例表明:在两相流条件下与未考虑两相流效应的气相理想方法设计的型面相比,改进的Angelino法设计的型面长度缩短近33%,推力增大约1%;改进的“二次曲线+三次曲线”造型法设计的型面长度减小近6%,性能提高约4%。     

Supersonic Two-Dimensional Minimum Length Nozzle Design at High Temperature. Application for Air

When the stagnation temperature of a perfect gas increases, the specific heat ratio does not remain constant any more, and start to vary with this temperature. The gas remains perfect, its state equation remains always valid, except it will name in more calorically im-perfect gas or gas at High Temperature. The goal of this work is to trace the profiles of the supersonic Minimum Length Nozzle with centered expansion when the stagnation temperature is taken into account, lower than the threshold of dissociation of the molecules and to have for each exit Mach number several nozzles shapes by changing the value of the temperature. The method of characteristics is used with a new form of the Prandtl Meyer function at high temperature. The resolution of the obtained equations is done by the second order of finite differences method by using the predictor corrector algorithm. A study on the error given by the perfect gas model com-pared to our model is presented. The comparison is made with a calorically perfect gas for goal to give a limit of application of this model. The application is for the air.     

二元双喉道射流推力矢量喷管的数值模拟研究

对二元双喉道射流推力矢量喷管的设计规律进行了数值模拟研究.结果表明,空腔长度、空腔扩张角、空腔收敛角、上游喉道高度等设计参数对喷管的推力系数、矢量效率以及内部流态均有着显著影响.研究中获得的较优的参数组合方案为:空腔长度2.61,空腔扩张角10°,空腔收敛角30°,上游喉道高度1.0,次流注入角150°(长度尺度以下游喉道高度无量纲化).当主流压比为4、次/主流压比为1.08、次流量为主流的2.5%时,该方案获得了14.34°的矢量角,且推力系数为0.967.      

收敛-扩张喷管中运用激波矢量控制法的计算研究

采用二阶TVD格式的有限体积法耦合RNG k-ε湍流模型和非平衡壁面函数求解二维守恒型雷诺平均N-S方程，数值模拟了运用激波矢量控制法的二维收敛一扩张喷管中的流动现象，很好的模拟出了由于次流喷射所产生的激波及上下壁面的压力分布，并将计算结果与国外的实验结果进行了对比。     

球面收敛二元扩张矢量喷管热射流特征的实验研究

为了获得球面收敛二元扩张矢量喷管热射流特征，在小型热射流实验台架上运用红外热像显示和流场测量，在总温673～823K、喷管落压比(NPR)1．46～2．25状态下，对不同喉道宽高比、俯仰角和偏航角的热射流特征进行了实验研究。在本研究范围内，NPR对矢量喷管上壁面附面层流动影响不大；在扩张上壁附面层分离的情况下．壁面附近的流线被上抬，形成“马鞍”形异型总压分布；喷121出121下游的激波呈现一连串的“葫芦”状，随喷管矢量角的增大，流场的不对称性越明显；在收扩喷管喉道宽高比（ARi）为2时，热射流被分成两股。