納米鐵基金屬燃料發動機噴管兩相流特性數值模擬

王金云

(河北省雙介質動力技術重點實驗室，河北 邯鄲 056017)

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納米鐵粉由于活性強、點火溫度低、燃燒熱值高、鐵氧化物可還原重復再利用等優點，在未來可替代石油、天然氣、煤炭等不可再生石化能源，可用于船舶、空間飛行器的能源動力，也可用于邊遠山區能源發電，是一種很有發展前景的新型燃料，近年來備受關注。

未來作為空間飛行器的能源替代品，納米金屬鐵粉是一種較為理想的選擇。但是當前的大多數研究成果集中在鋁粉、鎂粉和鋁鎂合金推進劑研究，對納米鐵粉金屬燃料發動機技術研究尚屬空白。根據先前的報道，國內外學者以及國內少數院校專注于金屬鐵粉的燃燒特性研究。盡管文獻[1-3]預言未來汽車的燃油必將被金屬鐵粉所取代，但還存在一些關鍵技術亟待解決，如發動機燃料燃速控制技術、顆粒尺寸最優控制、金屬燃料供給技術和燃燒產物回收技術等需要考慮。納米鐵粉由于其特殊的優勢，可用于未來跨介質飛行器空間高速推進系統，尤其是高金屬含量的納米鐵粉金屬燃料發動機，具有更高的能量密度和比沖性能，其顆粒穩態燃燒技術及發動機噴管兩相流損失控制對開展發動機優化設計和提高發動機性能具有極其的重要意義。

開展發動機噴管兩相流動特性研究是其優化設計的理論基礎和當前研究的熱點課題之一。如Hwang 等基于歐拉和拉格朗日方法對固體火箭發動機兩相流進行了數值分析，與現有的方法相比，該方法較好地解決了兩相流控制模型復雜邊界問題。……