颗粒相对固体火箭发动机稳定性影响的大涡模拟研究

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大气表面层气-固颗粒两相流的大涡模拟

大气表面层气-固颗粒两相流的大涡模拟大气表面层气-固颗粒两相流的大涡模拟引言：随着科技的不断发展，气-固两相流模拟已经成为研究气候变化、空气质量等大气问题的一种重要方法。

在大气表面层，气-固两相流的运动现象非常复杂，需要借助先进的数值模拟方法来研究。

本文将介绍大涡模拟这一常用的方法，并探讨其在大气表面层气-固颗粒两相流研究中的应用。

一、气-固颗粒两相流的特点大气表面层气-固颗粒两相流是一个复杂的多相流现象，涉及气体与固体颗粒之间的相互作用。

在大气表面层，气体一方面受到地面的辐射、热对流等作用，另一方面还要承受固体颗粒的碰撞、输送等作用。

而固体颗粒则在气流的冲击下发生分散、聚集等运动。

二、大涡模拟方法大涡模拟是一种求解大涡模型的数值模拟方法，适用于研究粗粒度涡动结构。

它以较大尺度上的涡旋为研究对象，通过模拟其演化过程来探究流体的物理行为。

与传统的雷诺平均纳维-斯托克斯方程相比，大涡模拟能够更好地模拟湍流流场的结构和特性。

三、大涡模拟在气-固颗粒两相流中的应用在大气表面层气-固颗粒两相流研究中，大涡模拟方法得到了广泛的应用。

首先，大涡模拟能够有效地模拟气流中的湍流结构，从而研究气-固颗粒在气流中的运动和输运行为。

其次，大涡模拟还可以用于研究气-固颗粒之间的相互作用，包括颗粒的沉降、聚集、碰撞等过程。

最后，大涡模拟还可以模拟大气表面层中的气-固颗粒的输运过程，对于研究颗粒的输送距离、浓度分布等具有重要意义。

四、案例研究以研究大气表面层的颗粒污染物扩散为例，利用大涡模拟方法可以模拟大气湍流结构中的颗粒运动情况。

首先，通过模拟湍流气流的运动，得到湍流结构的分布和变化规律。

然后，在此基础上引入颗粒模型，模拟颗粒在湍流气流中的输运行为。

通过对模拟结果的分析，可以得到颗粒的浓度分布、输送距离以及颗粒与气流之间的相互作用等重要信息。

结论：大涡模拟方法在大气表面层气-固颗粒两相流研究中具有广阔的应用前景。

它能够很好地模拟气流中湍流结构的演化过程，并揭示气-固颗粒之间复杂的相互作用。

固体火箭发动机燃烧不稳定研究进展与展望

固体火箭发动机燃烧不稳定研究进展与展望
刘佩进;魏少娟;王琢璞;金秉宁;杨文婧;敖文;吕翔
【期刊名称】《推进技术》
【年(卷),期】2021(42)9
【摘要】围绕固体火箭发动机燃烧不稳定的研究现状及未来发展趋势进行了探讨。

为了深入认识固体火箭发动机中的燃烧不稳定现象,并形成对其进行准确预示和有
效抑制的方法,需要解决理论、计算及实验多方面的基础问题:燃烧不稳定的物理机制,不稳定的预示方法,发动机中各种增益和阻尼因素的特征,振荡增长过程中触发和极限环形成的机理,不稳定抑制技术及地面实验的等效分析方法。

最后给出了总结
与建议,明确了固体火箭发动机燃烧不稳定研究的目标和方向。

【总页数】15页(P1921-1935)
【作者】刘佩进;魏少娟;王琢璞;金秉宁;杨文婧;敖文;吕翔
【作者单位】西北工业大学燃烧、热结构与内流场重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】V430
【相关文献】
1.固体火箭发动机燃烧不稳定的影响因素分析和最新研究进展
2.飞行过载对固体火箭发动机不稳定燃烧的影响
3.固体火箭发动机声振不稳定燃烧抑制剂的研究进展
4.《固体火箭技术》“火箭发动机燃烧不稳定性”专栏征稿启事
5.某大长径比固体
火箭发动机不稳定燃烧试验研究
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固体火箭发动机的声学分析及燃烧稳定性预估

固体火箭发动机的声学分析及燃烧稳定性预估摘要：本文提出了一种利用声学分析技术来评估固体火箭发动机燃烧稳定性的方法，该方法在传统的数值分析方法之外，可以迅速且精确地预测发动机燃烧稳定性，并且在火箭发动机开发、调试和控制中发挥重要作用。

首先，本文总结了固体火箭发动机声学分析技术，包括激波动力学理论、线性声学理论和管声学理论。

然后，利用声学分析技术，提出了一种预估固体火箭发动机燃烧稳定性的定量化方法。

最后，以鱼叉式固体火箭发动机为例，介绍了一种模块化的声学分析工具，及其在火箭发动机开发中起到的重要作用。

关键词：固体火箭发动机，声学分析，燃烧稳定性预估，鱼叉式发动机固体火箭发动机的声学分析及燃烧稳定性预估是一种重要的工程工艺。

它可以帮助火箭发动机开发者更快、更准确地进行火箭发动机燃烧稳定性预估，从而实现更高的可靠性和精度。

在火箭发动机开发中，声学分析及燃烧稳定性预估方法的应用及其重要性一直是火箭科学的重要研究主题。

因此，学术界和工业界都在不断地对以上方法进行不断深入地研究，并着力于寻求可靠的火箭发动机设计、开发与控制方案。

首先，声学分析可以帮助开发者迅速掌握关键技术信息，例如燃烧室内部的温度、压力等动态参数，以及随着燃烧时间而变化的摩擦系数、热扩散系数比值等，这些信息都可以用声学分析技术获得。

其次，声学分析可以帮助开发者对火箭发动机的结构、组件和材料的细节进行调整，以确保火箭发动机的燃烧稳定性。

此外，火箭发动机声学分析及燃烧稳定性预估的技术也可以应用在火箭发动机的控制中，以动态地监控发动机燃烧状态，以确保火箭发动机安全可靠地运行。

因此，声学分析及燃烧稳定性预估技术在火箭发动机开发、调试和控制中发挥着重要作用。

本文提出的一种定量化方法，有助于进一步完善火箭发动机燃烧稳定性预估技术，助力火箭发动机精准到达理想状态，从而实现更好的性能。

此外，声学分析技术还可以帮助开发者优化火箭发动机的工作参数和热物性，改善发动机性能。

固体火箭发动机在内压、惯性力和温度作用下的应力、应变分析

固体火箭发动机在内压、惯性力和温度作用下的应力、应变分析摘要：本文旨在研究固体火箭发动机在内压、惯性力和温度作用下的应力与应变分析。

首先，我们对火箭发动机施加压力、惯性力和温度的数学模型进行了详细描述，并据此求出应力和应变的表达式。

其次，经分析，我们得出了容器单位的最大应力以及应力场的构造。

最后，我们验证了计算结果和实验结果的一致性，并对其进行了讨论。

关键词：固体火箭发动机；容器单位的最大应力；应力/应变；数学模型。

正文：火箭发动机是太空航行的关键组成部分，因此，在设计时要考虑到压力应力和惯性力的作用，并进行结构强度分析。

此外，施加的压力流体会使火箭发动机温度升高，因此，设计之初必须考虑热力学的作用。

当压力、惯性力和温度作用在固体火箭发动机上时，要考虑它们会造成的应力和应变。

本文将深入探讨固体火箭发动机在内压、惯性力和温度作用下的应力和应变分析。

首先，根据火箭发动机的物理原理和相关数学模型，我们将施加的压力、惯性力和温度表示为几何尺寸与压力、惯性力和温度之间的函数关系。

继而，根据弹性柔度理论，在考虑应力和应变的关系的基础上，我们推导出发动机的应力和应变的表达式。

其次，利用上述模型，我们绘制出应力场的示意图，在图中，我们发现容器单位的最大应力。

此外，我们还分析了应变场，从而获得变形情况，并判断发动机是否满足结构强度要求。

最后，我们利用实验方法，经过应力、应变分析，证明了计算结果的可靠性，并分析了不同温度下发动机结构的变形情况。

综上所述，本文对固体火箭发动机在内压、惯性力和温度作用下的应力和应变进行了研究。

以上研究深入探讨了固体火箭发动机的应力和应变，为相关工程设计与分析提供了指导性参考。

在固体火箭发动机的设计与分析中，应力、应变分析是非常重要的一步。

这不仅涉及到火箭发动机的强度评估，而且还涉及温度和建立容器的结构力学分析。

为了满足这些要求，我们可以借助本文提出的应力、应变分析方法，将施加的压力、惯性力和温度表示为几何尺寸与压力、惯性力和温度之间的函数关系，然后再用弹性柔度理论求出发动机的应力和应变的表达式，并根据这些表达式绘制应力场和应变场，从而评估发动机的强度，并判断其在不同温度下的变形情况。

固体火箭发动机内涡脱落现象的大涡模拟

分类号：密级：U D C ：编号：工学硕士学位论文固体火箭发动机内涡脱落现象的大涡模拟硕士研究生：李鹏飞指导教师：贺征副教授学位级别：工学硕士学科、专业：航空宇航推进理论与工程所在单位：航天与建筑工程学院论文提交日期：2012年12月18日论文答辩日期：学位授予单位：哈尔滨工程大学Classified Index:U.D.C:A Dissertation for the Degree of M. EngLarge eddy simulation of vortex shedding forsolid rocket motorCandidate: Li PengfeiSupervisor: Associate Prof. He ZhengAcademic Degree Applied for: Master of EngineeringSpecialty:Aerospace Propulsion theory and Engineering Date of Submission: Dec. 18, 2012Date of Oral Examination:University: Harbin Engineering University哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。

有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。

除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。

哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。

一种固体火箭发动机性能仿真与评估方法研究

ｃｎｄｎｅｉｔｒａｓＩｉｄｆｃｌｔｓｅｓｔｅｄｓｒｕｅｈｒｃｅｓｃｎｅｉｂｌｙｏＲＭｅｆｒａｃｎｙｂｏｆｅｃｎｅｖ．ｔｓｉｉｕｔｏａｓｓｈｉｔｂｔｄｃａａｔｒｔｓａｄｒｌｉｔｆＳｉｌｉｉｉａｉｐｒｏｍｎｅｏｌｙ
中图分类号：４８１Ｖ４．５＋３文献标识码：Ｂ
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固体火箭冲压发动机补燃室气粒反应流数值模拟的开题报告

固体火箭冲压发动机补燃室气粒反应流数值模拟的开题报告题目：固体火箭冲压发动机补燃室气粒反应流数值模拟一、研究背景与意义相比于传统的火箭发动机，固体火箭发动机具有体积小、重量轻、结构简单、响应快且易于使用等优点，在火箭发射任务中得到了广泛应用。

然而，固体火箭发动机的推力密度较小，而补燃技术可以有效提高固体火箭发动机的推力密度，提高其综合性能，因此成为现代固体火箭发动机发展的重要技术之一。

固体火箭补燃室主要用于加速和激化燃料燃烧反应，使催化剂恢复活性。

补燃室中的氧化剂射流与燃料颗粒的接触、燃烧产物的扩散、化学反应等过程极为复杂，需要用计算流体力学数值模拟方法进行理论分析和实验设计。

同时，补燃室反应流的高温、高压、高速等流动特性，也对数值模拟的方法和模型提出了更高的要求。

因此，开展固体火箭冲压发动机补燃室气粒反应流数值模拟研究，可以为提高固体火箭综合性能和发展固体火箭新技术提供理论依据和技术支持。

二、研究内容及方法本课题拟采用计算流体力学（CFD）数值模拟方法，结合离散相模型（DPM）和表面反应模型（SURF），开展固体火箭冲压发动机补燃室气粒反应流数值模拟研究。

具体研究内容包括：1. 建立固体火箭冲压发动机补燃室CFD模型，包括气体流动模型和离散相模型。

2. 对补燃室中的氧化剂射流和燃料颗粒进行数值模拟，分析气相和颗粒相的流场分布、速度、温度等参数，并研究颗粒的燃烧过程。

3. 根据化学反应动力学理论和实验数据，建立表面反应模型，对气相和颗粒相之间的化学反应进行模拟，并研究化学反应对流场的影响。

4. 对模拟结果进行分析和研究，探讨补燃室气粒反应流的特性和机理。

三、研究进展与计划目前，已经初步建立了固体火箭冲压发动机补燃室CFD模型，包括气体流动模型和离散相模型，并通过计算得到补燃室中气相和颗粒相的流场分布。

下一步的工作计划如下：1. 完善模型的表面反应模型，并模拟气相和颗粒相之间的化学反应。

2. 优化模型的参数，提高数值模拟的精度和可靠性。

过载条件下固体火箭发动机燃烧稳定性分析

过载条件下固体火箭发动机燃烧稳定性分析檀叶;何景轩;孙展鹏【摘要】为了研究过载对固体火箭发动机燃烧稳定性的影响,对Φ315发动机开展了数值计算和过载试验.通过对发动机进行三维两相流场模拟,分析了过载和无过载两种条件下发动机燃烧室内的流场和颗粒浓度分布特性;利用不稳定燃烧线性理论计算了两种条件下的增长系数,并根据线性稳定性判据评估了发动机的燃烧稳定性,与试验结果吻合.分析认为:过载引起的颗粒浓度分布变化是发生不稳定燃烧的关键因素.【期刊名称】《弹箭与制导学报》【年(卷),期】2015(035)003【总页数】4页(P113-116)【关键词】固体火箭发动机;过载;数值模拟;线性理论;燃烧稳定性【作者】檀叶;何景轩;孙展鹏【作者单位】西安航天动力技术研究所,西安710025;西安航天动力技术研究所,西安710025;西安航天动力技术研究所,西安710025【正文语种】中文【中图分类】V435不稳定燃烧是固体火箭发动机的一种非正常工作状态,也称为燃烧不稳定性或振荡燃烧,是发动机研制过程中经常遇到的棘手问题之一。

其重要特征是燃烧室压强、推进剂燃速等参数以发动机内声腔固有频率作周期或近似周期性的变化。

早期50%以上的固体火箭发动机存在不同程度的不稳定燃烧现象,轻则引起内弹道曲线异常,严重时则引起发动机爆炸[1]。

固体火箭发动机线性稳定性分析是用理论计算方法预先估计发动机发生燃烧不稳定现象的可能性,即根据增长系数的正负来判断发动机是否有发生不稳定燃烧的趋势,预估发动机发生不稳定燃烧的可能性。

目前,国内外对燃烧稳定性分析都取得了一定的成果,但对于过载条件下固体火箭发动机燃烧稳定性分析还是空白。

文中对Φ315发动机开展了数值计算和地面过载试验。

在过载和无过载两种条件下对Φ315发动机进行三维两相流场计算,再基于线性理论讨论固体火箭发动机燃烧稳定性,并进行试验验证。

研究了过载对颗粒相以及燃烧稳定性的影响。

文中针对固体发动机燃烧室内气相和颗粒相的流动特点,将复杂的两相流动做适当简化处理:不考虑气相化学反应;不考虑颗粒相的燃烧、蒸发、破碎;不考虑两相之间的热传递;不考虑气相及颗粒相的湍流效应;假设过程为定常流。

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In vestigation on Influence of Par ticular Pha se to Sta bility of Solid Rocket Motor by Lar ge Eddy Simula tion
FAN Bi ng , GU AN Zheng2xi
( The Second Ar tiller y Engineering College , Xi’ an Shaanxi 710025 , China) Abstract :In order to investigate the influence of pa rticular pha se to stability of solid roc ket motor , la rge eddy simula tio n wa s performed on model solid rocket motor in consider ation of burning pa rticle s and two ways coupling betwee n the t wo phases in this paper . The results showed tha t wea k small scale turbulence was fo rmed in the upst ream motor because of the pa rticular p hase , and the par ticular phase ha d a role of inhibiting pe netra tio n of t ur bulence towa rds ce ntral core and near wall re gion in main cha mber . The level of inhibition was affected by pa rticle size and percentage of loading. The small scale t ur bulent per turba tio n wa s enhance d but the instability of large scale t ur bulence in main c hamber was dampe d by particles. Keywor ds: Solid rocket motor ; Sta bilit y; Large eddy simulation ; Turbulence ; Multipha se flow ; Pa rtic ula r phase
0 引言
SRM 的振动可极大地降低发动机的性能。但 SRM 振动的研究难度却非常大 , 这是因为导致 SRM 振动的有声学和发动机几何外形等多种因素 , 且目前这些因素间的相互作用对 SRM 振动的影响 2] 尚未完全了解 [ 1 、。颗粒相的存在使问题变得更复杂。文献 [3 ] 建立了固体火箭发动机纵向燃烧不稳定性的非线性模型 , 并对含颗粒相的 SR M 两相流场进行了数值计算 , 发现颗粒相非线性脉冲引起了燃烧不稳定性。文献 [ 4] 认为颗粒相的存在可抑制
(1)
τ p =
此处 : f 为时间尺度修正系数 , 且 f = 1 + ( Re) p0. 687 ; ( Re) p 为颗粒的 Reynol ds 数 ;μ 为燃气混合物分子动力黏度 , 可用 Sut herl and 定律计算。颗粒含铝液滴以及沉积在液滴表面的 Al2 O3 外壳两种成分。当颗粒离开推进剂燃面进入流场时 , 其主要成分为 Al ,经燃烧 Al 几乎完全转化为 Al2 O 3 。颗粒各组分含量可用质量守恒定律计算 , 即 d mAl = m �b ; dt d mAl 2 O3 = m �d . dt 式中 : mAl , m Al 2 O3 分别为颗粒中 Al 、 Al2 O3 的质量 ;
上海航天 2008 年第 6 期文章编号 : 100621630 (2008) 0620043204
AEROS PAC E S HAN GHAI
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颗粒相对固体火箭发动机稳定性影响的大涡模拟研究
范兵 , 关正西
(第二炮兵工程学院 ,陕西西安 710025)
收稿日期 : 200720 6218 ; 修回日期 : 2007 207204 作者简介 : 范兵 ( 1980 — ) ,男 ,博士生 ,主要研究方向为固体火箭推进系统数值仿真。
固体火箭发动机的高频振动 , 其原因是在颗粒相与燃气间存在速度与温度梯度 , 颗粒相在流场中起阻尼作用。本文用考虑燃气混合物和颗粒两相间耦合的三维大涡模拟计算模型对 SRM 内单相和多相流场进行数值模拟 , 并用动态 Smagorinsky 模型反映小尺度涡运动对大涡运动的影响 ,Lagrangi an 颗粒追踪模型用于实时追踪颗粒在 SRM 中的位置和速度。
摘要 : 为研究颗粒相对固体火箭发动机 ( SRM) 稳定性的影响 , 在考虑颗粒燃烧和两相间耦合的条件下对模型固体火箭发动机内部多相湍流进行了大涡模拟。结果发现 : 在颗粒相的作用下 ,发动机上游形成了强度很小的小尺度湍流 ; 在主燃烧室可观察到颗粒相具抑制大尺度湍流向流场核心区和近壁区渗透的作用 ,抑制作用受颗粒大小和含量的影响。颗粒相可增加小尺度的湍流扰动 ,但同时也抑制了主燃烧室内大尺度湍流的不稳定性。关键词 : 固体火箭发动机 ; 稳定性 ; 大涡模拟 ; 湍流 ; 多相流 ; 颗粒相中图分类号 :V435 . 12 文献标识码 :A
1 数值模型
SRM 内流场的控制方程是经空间滤波 ,并与颗粒相运动方程耦合的三维可压缩 N a vie r2Sto c k s 方程 ,即
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ห้องสมุดไป่ตู้
上海航天
2008 年第 6 期
2 ρ d dp . 18μ f ( Re) p
A EROSP ACE S HAN GHA I
5ρ ρ �+ 5 ( � u j ) = Sρ; � 5t 5 xj 5( 5 ( 5ρ ρ ρ �� u i) + � ui� � uj) + � - 5σ �ij = S m, i ; 5t 5 xj 5 xi 5x j 5 5 (( ρ 5 σ (�ij � e + � e + �) � � uj ) ui - � q j ) = Se . 5t 5 xj 5 xj