摘要院利用Fluent软件袁对火箭发动机喷管尾流的流场进行数值模拟和研究遥分析了尾流内外部流场的流动特征袁并根据不同气体成分的含量袁获得了密度流场尧压力流场和各种气体成分质量分数的分布云图遥结果表明院数值模拟的真实可靠袁为火箭发动机的研发提刘彭供了参考依据遥
关键词院Fluent软件曰火箭发动机曰气体成分曰数值模拟中图分类号院TK16文献标志码院A0前言
火箭发动机喷管中的推进剂是由高温尧高压尧高流量的燃烧产物所组成袁在喷管口的横截面上袁能形成一个相对静态的超音速尾流遥火箭尧材料CO发动机喷管安置在底盘上袁在火箭发射的过程中袁尾流由H2O尧选择2尧CO及发尧H射2尧装N2等气体组成袁尾流场的特性对火箭总体设计置设置等都会产生影响[1]N-S本文在Fluent软件中进行模拟计算袁基于压力求遥
模型方[2]1计袁程计和算算方法二阶迎域与边界采风用格条件
PISO式来算法求解解器袁采用遥
模型遥湍流模型采用k-epsilon尾流的有效长度约为10米袁有效直径约为3米遥由于尾流整体上呈野柱状冶形态袁上下对称袁为了方便计算袁只对上半部分进行数值模拟遥模型图1显示了喷管流场有效的计算域袁喷管的进HGFI口也区就和是ABCIH进气口区曰DCIE是尾流区区是燃烧遥
室的终端区袁也是喷管区曰图1边界条件设置
计算域的边界条件划分如下院直线DE是发动机喷管入口的边界条件曰直线BCD是计算域的对称轴曰直线AB尧AHG和FG是发动机喷管出口的边界条件曰其他区域设置为壁面遥发动机进口的边界条件是在8000万推力的工作条件下进行的袁通过热力学计算得到喷管流场袁其中总压力为0.8MPa袁总温度3120K曰总压强为151225Pa袁总温度为296K袁发动机喷管出口的边界条件设置曰选用粘性无滑移边界作为发动机喷管内壁面的边界条件[3-4]2计算结果与分析
遥
图2尾流密度分布云图
喷管进入的流体介质可看做成气体袁并将其视为理想状态遥
作者简介院刘彭渊1987要冤袁男袁河南南阳人袁硕士袁讲师袁研究方向院流体机
械与参数化设计遥
文章编号院1672-3872(2019)17-0056-01
通过模拟计算袁求解了N-S方程组袁并得到了发动机喷管的内部流场和外部流场遥
图2显示了尾流密度的分布情况袁横坐标表示尾流的有效长度袁纵坐标表示尾流的有效半径遥喷管入口处的坐标为渊0袁0冤袁出口处的坐标为渊10袁0冤袁单位为米遥可以清晰的看到袁燃气流从喷管射出后袁呈现射流袁并呈发散状态遥
图3尾流总压强分布云图
尾流总压强的分布情况如图3所示袁总压强在喷管出口两侧出现野断层冶袁压强差十分明显遥由于喷管有着很强的耐高压尧耐高温的特性袁因此燃气射流在未喷射出前袁在喷管内部存压着很大的压强袁最高达到151225Pa袁随着燃气射流的喷出袁总压强瞬间降低袁从横坐标渊1袁0冤到渊10袁0冤袁压强一直趋于稳定遥
图4尾流温度分布云图
尾流温度等值线的分布情况如图4所示袁燃气射流的温度在喷管内达到3140K遥由于喷管处于高度过膨胀状态袁当燃气射流从喷管喷射出后袁在横坐标渊4袁0冤到渊8袁0冤这个区间袁温度迅速升高到结3450K论
以上袁并在尾流的中下游形成一个高温区域遥
3
外部1流冤运场用的详Fluent细情技术况和分进布行数值特征袁模同拟时袁分析还对了相喷关嘴流内体部流动流场理和论进行了时还2能冤验降采证低用遥
研究数值成模本拟袁能为直火箭接观发察动到机的喷设计提管内外供部了的参流考场依变据化遥
袁同参考文献[1]孙萍袁范院
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