凝聚相微粒对固体火箭发动机点火过程影响

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固体火箭发动机点火瞬态过程是一个极其短暂,但物理化学现象极其复杂的非稳态过程,其点火质量的好坏对固体火箭发动机能否正常工作至关重要。发动机的点火器一般为烟火剂式点火器或者小火箭式点火器,其燃烧产物中存在着燃气和凝聚相微粒。在对固体火箭发动机点火瞬态过程进行详细研究的基础上,针对某固体火箭发动机,进行适当的假设以简化点火瞬态过程,建立发动机的二维轴对称模型,利用计算流体力学软件(CFD)的用户自定义函数(UDF)、k-ε两方程湍流模型、DO辐射模型、颗粒随机轨道模型及SIMPLE求解器对固体火箭发动机点火瞬态过程进行了数值模拟。模拟了点火药的燃烧产物为纯气相时固体火箭发动机点火瞬态过程,分析了发动机的点火延迟时间,喷管喉部堵盖破裂前后发动机内部流场的变化以及存在的压缩波和膨胀波等;模拟了点火药的燃烧产物中夹杂凝聚相微粒时固体火箭发动机点火瞬态过程,与纯气相点火情况进行对比,发现凝聚相微粒的存在能够缩短点火延迟时间,改变药柱局部引燃位置;模拟了凝聚相含量和粒径不同的多种情况,计算结果表明:点火药燃烧产物中凝聚相含量存在一个最优值,使得点火延迟时间最短,改变药柱局部引燃位置;较小的凝聚相微粒有利于减小点火延迟时间,对药柱局部引燃位置影响越大。
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