過氧化氫/煤油發(fā)動機(jī)推力室氣液燃燒數(shù)值模擬

李 強(qiáng)，聶 嵩，劉業(yè)奎，潘 亮，馬夢穎

（北京航天動力研究所，北京100076）

0 引言

隨著航天技術(shù)的不斷發(fā)展以及環(huán)保要求的日益提高，綠色推進(jìn)劑已成為未來航天推進(jìn)的發(fā)展趨勢。高濃度過氧化氫是一種無毒、無污染、高密度、易貯存的綠色推進(jìn)劑。過氧化氫/碳?xì)淙剂习l(fā)動機(jī)[1～3]具有低成本、高密度比沖、可貯存、無毒無污染等優(yōu)點(diǎn)。

作為過氧化氫/碳?xì)淙剂习l(fā)動機(jī)的一個關(guān)鍵部件，推力室的研制水平在很大程度上決定了整個發(fā)動機(jī)的研制水平和工作特性。推力室的工作特性包括性能（燃燒效率、噴管效率等）、燃燒穩(wěn)定性和相容性（傳熱安全），這都與推力室的燃燒過程有著直接的關(guān)系。在進(jìn)行推力室燃燒過程的設(shè)計和改進(jìn)時，數(shù)值模擬是除了理論分析和試驗(yàn)研究外的第三種研究手段。

20世紀(jì)80年代，燃燒模擬已經(jīng)成為導(dǎo)致燃燒科學(xué)取得重大進(jìn)展的一個重要研究方法，現(xiàn)已經(jīng)應(yīng)用于各種燃燒領(lǐng)域[4]。燃燒模擬的主要作用包括[5]：

1）模擬燃燒過程和預(yù)估不同條件下的燃燒性能；

2）最大限度地減少復(fù)雜和昂貴的燃燒試驗(yàn)；

3）用于各種燃燒故障的分析；

4）指導(dǎo)燃燒試驗(yàn)設(shè)計；

5）發(fā)現(xiàn)新的和了解觀察到的燃燒現(xiàn)象。

燃燒室內(nèi)溫度分布能夠揭示燃燒室內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的主要分布區(qū)域，可以判斷火焰的形狀及燃燒面與噴注器面板的距離；燃燒室出口氧化劑和燃料的質(zhì)量濃度的高低可以揭示燃燒室的燃燒效率；絕熱壁面壁溫的高低能夠反映燃燒室內(nèi)推進(jìn)劑化學(xué)能的釋放情況，可以評估燃燒室熱載荷的大小及其分布情況?！?br>