固冲发动机补燃室氧化铝凝固过程研究

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1、第31卷第5期2010年5月航空学报ACTAAERONAUTICAETASTRONAUTICASINICAV01．31NO．5May2010文章编号：1000—6893(2010)05—1074—06固冲发动机补燃室氧化铝凝固过程研究王德全，夏智勋，胡建新(国防科学技术大学航天与材料工程学院，湖南长沙410073)StudyofA1203SolidificationProcessintheSecondaryCombustionChamberofSolidRocketRamjetwangDequan，XiaZhixu

2、n，HUJianxin(InstitutionofAerospaceandMaterialEngineering，NationalUniversityofDefenseTechnology，Changsha410073，China)摘要：基于经典形核理论，研究了氧化铝液滴冷却凝固过程中液滴温度以及固相体积分数等参数的变化，计算了不同条件下液滴形核、再辉等阶段的凝固速率。在此基础上，对固体火箭冲压发动机补燃室内的氧化铝凝固过程进行了分析。研究表明：液滴初始粒径和环境温度对凝固速率影响很大，环境温度越高，液滴凝固越慢。

3、在补燃室环境中，氧化铝所处的区域不同，其形态也不尽相同。在补燃室头部掺混区，氧化铝主要是以液态或固液混合态存在，固相体积分数较小；在低温区域，氧化铝主要是以固态或固液混合态存在，固相体积分数较大。关键词：固体火箭冲压发动机；补燃室；凝固；形核；再辉中图分类号：V435文献标识码：AAbstract：Basedonclassicalnucleationtheory，temperatureandsolidvolumefractionofA12Osdropletduringsolidificationareinvesti

4、gated．Thesolidificationrateunderdifferentconditionsduringnucleationandrecales-cenceiscalculated．Onthebasisoftheabovediscussion，thesolidificationprocessofA1203dropletinthesec-ondarycombustionchamberofsolidrocketramjetisanalyzed．Theresultshowsthatinitialpanicles

5、izeandambienttemperaturehaveagreateffectonsolidificationrate．Thehighertheambienttemperatureis，themoreslowlythedropletsolidifies．WealsofindthatA1203hasdifferentstatesatdifferentregionsinthesecondarycombustionchamberofsolidrocketramjet．ThestateofA12Osismostlyliq

6、uidorsolid—liquidmixtureinthehead-endofsecondarycombustionchamber，thusthesolidvolumefractionissmaller．Moreover，thestateofAlz03ismostlysolidorsolid-liquidmixture，andthesolidvolumefractionislargerinthelowtemperaturere—gions．Keywords：solidrocketramjet；secondaryco

7、mbustionchamber,solidification；nucleation；recalescence固冲发动机一次燃烧产物中含有大量凝相粒子，其中包括未完全燃尽的铝滴、碳颗粒以及氧化铝液滴等。凝相粒子在补燃室内运动过程中的燃烧、蒸发、凝固等过程极大地影响着燃气的流动与燃烧进程；物理状态不同的粒子撞击壁面后所呈现的状态也不尽相同，其对壁面的沉积与烧蚀也将产生不同程度的影响。鉴于碳熔点较高，铝熔点较低，这里仅对氧化铝液滴的凝固行为进行研究。对于液滴凝固过程的研究，国内外已有很多相关报道[1。6]。尤其是在金属喷

8、射成型研究领域，研究报道屡见不鲜。J．P．Perepez。-。[23对液态金收稿日期：2009—05—06；修订日期：2009—10—29通讯作者：王德全E-mail：wdq0607@163．corn属以及合金在深过冷条件下的凝固过程进行了研究；E．S．Lee等[3]在假设一个液滴中只形成一个晶核的前提下，将气体初速度与润湿角等因素对单个液滴凝固过程的影响进