燃气-蒸汽弹射动力装置有用能调节技术研究

admin · 发表于 2022-8-30 22:26:03

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本文采用欧拉-拉格朗日方法发展了直角坐标系下的准一维气液两相计算程序以及任意曲线坐标系下的湍流气液两相流场计算程序。分别应用准一维和二维程序对燃气-蒸汽发射动力装置内高温高压超音速燃气中的横向喷雾蒸发的气液两相流进行了数值模拟研究。准一维方法考虑了面积变化、质量添加、蒸发效应、变物性等各种影响因素。二维方法采用Gridgen划分二维贴体网格，气相采用Euler方法，湍流流动应用湍流模型模拟，液相采用Lagrange方法，应用颗粒轨道两相流动模型描述液滴运动及参数变化。介绍并比较了四种导弹弹射动力系统的特点，在一定假设的基础上对几种弹射动力系统进行了内弹道模型的设计，编制数值仿真程序并针对某型导弹及内弹道指标进行了计算，计算结果显示了在不同弹射动力下，发射筒内工质气体状态参数随时间变化的规律和导弹在发射筒内运动加速度、速度、位移随时间变化的规律。通过比较分析所得的内弹道性能曲线，得出燃气-蒸汽式弹射动力系统所需工质流量小，结构简单，压力及加速度变化平稳，温度适中，导弹速度及位移增加快，发射时间短，内弹道参数较理想，具有很大的优势和发展前景。为导弹弹射动力系统的设计和方案选择提供参考依据。在二维曲线坐标系下，应用RK-AUSM+有限差分格式对气相N-S方程进行离散，两相之间的耦合采用PSIC方法，通过在气相各守恒方程中添加源项来实现。完成了地面模拟条件下的燃气-蒸汽弹射动力装置内高温高压超音速燃气中横向喷雾气液两相流场的数值仿真计算。本文研究了不同喷水孔径、喷水压差以及水气质量比对燃气-蒸汽弹射动力装置内的液滴蒸发情况以及对内部气相流场和能量输出的影响，研究结果表明：准一维模型与二维模型相比，虽然计算精度稍低些，但计算简单，工作量较小，故准一维模型为燃气-蒸汽发射动力装置的设计优化提供了一种快速有效的方法。二维模型考虑了空间、雾化及湍流的影响，可以更合理、更准确地估算喷雾对发射动力装置压力及温度分布的影响。结果表明本文所用的数学模型与计算方法合理，编制相应的计算机程序可靠，可为燃气-蒸汽弹射动力装置的研制和优化设计提供有用依据。

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