涡流冷却推力室数值仿真与试验研究

admin · 发表于 2022-9-25 10:07:49

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液体火箭发动机推力室热防护题目是影响发动机可靠性和研制过程的重要因素。涡流冷却是一种新型的推力室冷却方法。研究表明采用该技术可以简化推力室结构，降低成本，并可提高系统的可靠性，是一种具有发展前景的新技术。目前国外在涡流冷却推力室的设计、数值计算和试验方面已经取得了一些成果。因此，开展对涡流冷却推力室的研究具有十分重要的意义。本文以地面推力为3000N的气氧/气氢涡流冷却推力室为研究对象，首先建立了该涡流冷却推力室的理论模型，并推导分析了内部涡流结构的特点及分布情况，为后面推力室的结构设计提供了理论基础，并由此初步设计出了涡流冷却推力室的内型面。其次利用CFD软件Fluent对推力室内工作过程进行了数值仿真，分析了其燃烧流场的特性，改进了部分结构设计，并设计了五因素五水平的正交试验，以此来探寻各设计参数对推力室燃烧效率和冷却效果的影响大小，结果表明燃烧室头部设计和燃烧室收缩比对推力室的燃烧效率和冷却效果有较为显著的影响。此外还对发动机燃烧室内传热过程进行了理论分析和数值仿真，结果表明辐射传热是导致燃烧室壁面温度升高的主要因素，外部冷却涡流可以有效的保护壁面。然后对试验用的涡流冷却推力室进行了设计，并根据以往在推力室试验方面的经验，选择了合理的密封方案和抗氧化方案；最后在全流量发动机试验系统上完成了不同工作时间和工况的推力室试验，推力室各零部件没有明显的烧蚀，试验结果表明推力室工作稳定，冷却效果满足试验要求，设计的推力室满足要求，涡流冷却技术是可行的。

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