水下點火過程及其影響因素仿真

柳文杰，李 冬，蔡 強，李 翔，張 正

(中國運載火箭技術研究院，北京 100076)

0 引言

火箭發動機水下點火時，燃燒室內高溫、高壓的燃氣經過噴管的加速、排出后直接與低溫、高密度水介質作用，整體表現為燃氣泡邊界(密度間斷面)、燃氣泡內壓力、自由射流結構在相互耦合作用下表現出的非定常、高動態演化規律。目前有關水下點火過程、水下超聲速射流問題的研究分為試驗、理論與數值仿真3種方式。水下點火試驗研究大多在壓力水筒或試驗水池中進行，分為冷氣射流試驗和水下火箭發動機點火試驗，主要通過高速攝像機、壓力傳感器等記錄燃氣泡形態演化、特征點處壓強變化趨勢等。張磊等在開闊水域中進行了水下點火試驗研究，有效避免了邊界的干擾。水下超聲速射流問題的理論研究主要集中于自由射流界面的穩定性研究，黃楠等通過建立小擾動線性化氣液兩相流控制方程，對水下超聲速氣體射流線性穩定性進行分析，獲取了射流基本流分布、雷諾數、相對密度等對射流穩定性的影響規律。水下點火試驗可以獲取更為精確的數據，但受限于觀測條件，無法獲得流場的全部信息，很難進行機理性的研究，理論研究雖然可以獲取解析的結論、規律，但對復雜問題的建模研究仍具有很大難度，相較而言數值仿真研究可以求解更為復雜的流動問題并獲取流場的全部信息用于水下點火機理分析，具有越來越廣泛的應用前景。……