超临界压力下碳氢燃料热声振荡现象数值模拟

发布时间：2025-03-20 00:10

　　液体火箭发动机是重型运载火箭重要组成部分,相比固体火箭发动机,采用碳氢燃料作为推进剂的液体火箭发动机具有高比冲、推力可调、无毒等优点。液体火箭发动机冷却通道和燃烧室内存在复杂的流动与燃烧过程,流动燃烧的稳定性决定着火箭发动机是否能安全可靠地工作。流体密度变化导致的热声效应是造成流动和燃烧不稳定的重要因素。燃料喷注时,不同温度流体相互掺混,由于短时间内的物性变化会产生热声振荡。当压力高于碳氢燃料临界压力,流体密度等物性发生急剧变化,流动振荡更加显著,因此有必要针对燃料在超临界压力喷注过程中的热声振荡现象展开研究。本文针对超临界碳氢燃料喷注过程中的热声振荡开展数值模拟研究,并且探究了超临界压力下的热声波叠加现象。本文主要内容包含以下部分:(1)建立超临界压力下稳态与非稳态数值计算模型,通过数值计算模型与相应实验进行对比,验证本文所采用湍流模型,物性计算方法等数值计算模型的可靠性。(2)以液体火箭发动机同轴剪切喷嘴燃烧室作为研究对象,对超临界压力下低温正癸烷向高温正癸烷喷注过程中,由于高温正癸烷被快速冷却导致密度剧烈变化进而引发的热声振荡现象进行数值模拟。研究了出口压力、高温正癸烷流动速度与温...

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 超临界压力下碳氢燃料及其特性
        1.2.1 碳氢燃料超临界压力下热物理性质
        1.2.2 碳氢燃料超临界压力下热声振荡现象
    1.3 超临界压力下热声振荡研究现状
        1.3.1 碳氢燃料热声振荡管路实验探究
        1.3.2 超临界压力下碳氢燃料喷注研究
    1.4 本文研究内容
2 数值计算模型及其验证
    2.1 引言
    2.2 数值计算模型
        2.2.1 守恒方程
        2.2.2 湍流方程
        2.2.3 物性计算方法
        2.2.4 初始与边界条件
        2.2.5 网格与时间步长要求
        2.2.6 数值离散方法
    2.3 稳态与非稳态模型验证
        2.3.1 物性验证
        2.3.2 湍流模型验证
        2.3.3 稳态计算方法验证
        2.3.4 非稳态计算方法验证
    2.4 本章小结
3 超临界正癸烷同轴剪切喷注热声振荡数值模拟研究
    3.1 引言
    3.2 计算模型及说明
    3.3 热声振荡影响因素分析
        3.3.1 低温正癸烷喷注速度的影响
        3.3.2 高温正癸烷喷注速度的影响
        3.3.3 高温正癸烷温度的影响
        3.3.4 低温正癸烷温度的影响
        3.3.5 出口压力影响
    3.4 本章小结
4 超临界压力下热声波叠加数值研究
    4.1 引言
    4.2 计算模型及说明
    4.3 热声波叠加探究
        4.3.1 壁面温度变化速率影响
        4.3.2 甲烷压力影响
        4.3.3 甲烷初始温度影响
        4.3.4 相位差影响
        4.3.5 波数影响
        4.3.6 温度函数振幅影响
        4.3.7 加热边影响
        4.3.8 几何模型影响
    4.4 流动状态探究
    4.5 本章小结
5 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
附录 A 附录内容名称
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢



本文编号：4037071