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1、气密条件下水下热发射流场数值研究第34卷第2期固体火箭技术JournalofSolidRocketTechnologyVo1.34No.22011气密条件下水下热发射流场数值研究①傅德彬,于殿君,张志勇(1.北京理工大学宇航学院,北京100081;2.北京特种机械研究所,北京100039)摘要:针对气密条件下导弹水下热发射伴随的复杂多相流动,采用混合多相流模型求解燃气,水介质与水蒸气的耦合流动,传热及相变过程;利用动网格技术模拟导弹发射初期的计算域变化.计算结果表明,受多相耦合流动影响,发动机喷管出口参数经历了压强峰值,压强次峰值,压强阶梯上升,压强波动及压
2、强震荡等不同状态,对发动机推力产生重要影响.此外,计算过程还揭示了发射筒口燃气泡发展,导弹表面温度变化等过程的基本规律.关键词:燃气射流;混合多相模型;动网格;水下发射中图分类号:V553文献标识码:A文章编号:1006-2793(2011)02-0135-05Numericalsimulationofcomplexflowfieldformissilelaunchedunder-waterundergasproofconditionsFUDe—bin',YUDian-jun,ZHANGZhi—yong(1.SchoolofAerospaceEngineer
3、ing,BeijingInstituteofTechnology,Beijing100081,China;2.BeijingInstituteofSpecialMachinery,Beijing100039,China)Abstract:Toresearchthecomplexflowfieldformissilelaunchedunderwaterundergasproofcondition,themulti—phasemixingmodelwasusedtosimulatethecoupledflow,heattransferandphasechangi
4、ngprocessbetweencombustiongas,liquidwaterandwa-tersteam.Thedynamicmeshmethodwasusedtoupdatetheflowfieldfollowingwiththemissilemovement.Thecalculatedresultsindicatthatthepressureatthenozzleexit,whichisinfluencedbythecoupledflow,experienceddifferentstatus,suchaspressurepeakvalue,seco
5、ndpeakvalue,stepincrease,pressurevibrationandSOon.Furthermore,thedevelopingprocessofthegascavityandthetemperaturevariationonthemissilesurfacewerediscoveredduringthecalculatingprocess.Keywords:combustiongasjet;multi—phasemixingmodel;dynamicmesh;missilelaunchedunderwaterO引言导弹水下热发射(自力
6、发射)方式具有抗干扰能力强,出水姿态稳定和具有扇面发射能力等优点,在潜射导弹中具有广泛的应用前景,与之相关的燃气射流与周围水环境相互作用形成复杂流动问题也受到高度重视.近年来,火箭发动机直接在水环境条件下点火产生的喷管流动,燃气泡发展及水汽耦合流动情况得到了广泛关注和研究,在数值模拟,实验研究及流动规律等_lI3方面均取得了一定成果.但针对气密条件下水下热发射初期流场情况的相关研究还较少.针对气密条件下水下热发射的复杂多相流动问题,文中采用混合(MIXTURE)多相流模型求解燃气,水蒸气和水介质的耦合流动,传热和相变过程,采用动网格技术模拟导弹发射时的计算域
7、变化过程,并对数值模拟结果进行研究分析,以获得多相耦合流动对发射过程的影响规律.1数学模型与数值方法1.1混合多相流模型火箭发动机喷出的燃气属于高温高速气体,其粘性和可压缩性不可忽略,在模型中设置燃气为可压缩粘性气体,用下标q表示;燃气周围水介质和水蒸气流动速度较慢,在模型中设置为不可压缩粘性介质,用下标Pi表示.燃气,水及水蒸气混合物用下标In表示.设重力加速度为,忽略各相间的相对滑移,混合多相流模型的基本方程可表示为(1)连续方程①收稿日期:2010-08-05;修回日期:2010-09—29.作者简介:傅德彬(1978一),男,博士生,从事火箭导弹发射
8、相关的燃气射流及发射动力学研究.E-mail:fdb
