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1、固体火箭技术第32卷第6期JournalofSolidRocketTechnologyVo.l32No.62009高温固体颗粒气动阻力系数数值计算顾璇,贺征,郜冶(哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院,哈尔滨150001)摘要:在发动机喷管的气粒两相流场中,金属颗粒阻力的准确计算对整个流场的模拟有着重要作用。而高温颗粒与周围气相的传热会改变气相的性质,进而影响颗粒的气动阻力。采用k-湍流模型和强化壁面处理方法,计算了雷诺数Re在0~10000范围内,颗粒与气相不同温差情况下球形单颗粒的气动阻
2、力系数。颗粒温度升高,颗粒所受的气动阻力随之增加,但是增加的幅度随Re的增加而减小;根据计算结果,拟合了以颗粒雷诺数为自变量的高温颗粒气动阻力系数的计算公式。通过与低Re下的实验数据的对比,验证了所拟合公式的适用性和可信性。关键词:高温颗粒;气动阻力;颗粒雷诺数;拟合公式中图分类号:V435文献标识码:A文章编号:1006-2793(2009)06-0620-04NumericalcomputationofaerodynamicdragcoefficientforhightemperatureparticlesGUXuan,HEZheng,GA
3、OYe(CollegeofAerospaceandCivilEngineering,HarbinEngineeringUniversity,Harbin150001,China)Abstract:Forgas-solidtwo-phaseflowfieldofmotornozzle,theaccuratecalculationofmetalparticledragwasveryimportanttosimulatethewholeflowfield.However,theheattransferbetweenhightemperatureparticle
4、sandsurroundinggascouldchangegasfeatures,whichfurtheraffectaerodynamicdragofparticles.Turbulencemodelandenhancedwalltreatmentmethodwereusedtocalculateaerodynamicdragcoefficientofsinglesphericalparticleatdifferenttemperaturedifferencebetweentheparticlesandsur-roundinggas,whentheado
5、ptedRenumbervariesfrom0to10000.Theresultsshowthataerodynamicdragofsingleparticlein-creasesasparticletemperatureincreases,buttheincreaseamplitudedecreasesasRenumberincreases.Accordingtocalculationre-sults,thecalculationformulaofaerodynamicdragcoefficientofhigh-temperatureparticleta
6、kingRenumberasindependentvariablewasfitted.BycomparisonwithexperimentaldataatlowRenumber,theapplicabilityandreliabilityofthefittingformulawerever-ified.Keywords:hightemperatureparticle;aerodynamicdrag;particleRenumber;fittingformula1引言化,这会使气动阻力增加,所以在计算中要予以修正。在气粒两相流场中,固体颗粒会受到诸如气动阻
7、在以往的研究中这种变化被忽略掉了。只有对气动阻力、Magnus升力、Saffman升力、Basset力等力的作用。力进行准确描述才可有效提高数值预测的准确度。这些力的作用直接影响固体颗粒运动的轨迹、停留时间,以及由此影响到传热、传质、相变等,进而对整个流2数学模型场的预测产生较大的影响。颗粒在流场中所受的力一般气粒两相流场中,颗粒的尺寸较小,所以除非[1]中,最重要的就是气动阻力。例如在固体火箭发动速度很高,其雷诺数Re并不大,在绝大多数情况下处机喷管内,固体金属颗粒的温度较高,在不考虑相变的于层流状态。如果不考虑流体的热辐射、化学反应和[2]情况下,当
8、颗粒温度与周围的流体存在温差时,两相之传质,在Re<2300时,认
