發(fā)動機噴管內(nèi)流場對流換熱系數(shù)影響因素的數(shù)值分析

王明華，陳勁松

（北京航天發(fā)射技術(shù)研究所，北京100076）

0 引言

目前，結(jié)構(gòu)件在燃氣流場中的燒蝕及熱防護受到廣泛關(guān)注。燃氣流熱力特性可為燃氣流燒蝕影響區(qū)域耐燒蝕材料選用及熱防護措施選擇提供直接依據(jù)。國內(nèi)外學(xué)者和技術(shù)人員對飛行器飛行狀態(tài)氣動熱CFD計算進行了研究，研究的內(nèi)容主要集中在格式效應(yīng)和網(wǎng)格效應(yīng)兩個方面[1-4]，對燃氣流熱力特性做系統(tǒng)研究的比較少。

工程上，很多結(jié)構(gòu)件在燃氣流場中遭受沖刷，燃氣流對結(jié)構(gòu)件表面的對流傳熱類似于噴管內(nèi)部燃氣流對于管壁的對流傳熱。本文通過對某液氧煤油發(fā)動機噴管內(nèi)流場結(jié)構(gòu)及對流換熱系數(shù)進行研究，分析網(wǎng)格雷諾數(shù)以及恒溫壁壁溫對對流換熱系數(shù)的影響。

1 計算模型及邊界條件

1.1 計算模型

在計算噴管內(nèi)流場時，假設(shè)流動是軸對稱的，運用Roe-FDS格式所對應(yīng)的密度基耦合求解器求解。FDS不僅具有很好的激波等間斷分辨率，而且粘性分辨率也相當(dāng)優(yōu)秀，這是一般格式所不具備的。Roe格式是目前采用較廣泛的一種格式。湍流模型采用標準k-ε模型。考慮可壓縮條件下同時模擬燃燒反映動力過程、傳熱過程難度較大，同時難以分析主要因素對計算結(jié)果的影響，本文暫不考慮燃燒過程，計算過程按一維定常等熵流基本關(guān)系計及燃氣物性參數(shù)、氣體狀態(tài)方程。

1.2 邊界條件

控制方程的邊界條件為：在推力室進口截面設(shè)定壓力進口邊界條件，噴口出口設(shè)定壓力出口邊界條件，壁面無滑移、非穿透。……