金属燃料燃烧器内流场数值研究

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1、密级：分类号：ＵＤＣ：：编号工学硕士学位论文金属燃料燃烧器内流场数值研究硕士研究生：随庆博指导教师：贺征副教授学科、专业：航空宇航科学与技术＾论文主审人：张凤奎副教授哈尔滨工程大学２０１８年３月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文金属燃料燃烧器内流场数值研究硕士研究生：随庆博指导教师：贺征副教授学位级别：工学硕士学科专业：航空宇航科学与技术所在单位：航天与建筑工程学院论文提交日期：2018年1月8日论文答辩日期：2018年3月11日学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:AD

2、issertationfortheDegreeofM.EngNumericalStudyonInternalFlowFieldofMetallicFuelBurnerCandidate:SuiQingBoSupervisor:AssociateProfessor.HeZhengAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringAeronauticalandAstronauticalSpecialty:ScienceandTechnologyDateofSubmission:January.8.2018DateofOral

3、Examination:March.11.2018University:HarbinEngineeringUniversity摘要随着科技的进步，航天领域的金属燃料发动机在水下航行中的应用也越来越广泛。对于金属燃料发动机，无论何种推进原理与金属燃料供应方式，作为整个动力系统的核心部件—燃烧器内的燃烧反应组织形式都十分地重要，因此如何提高燃烧器内部燃烧完全程度，从而提高水下武器的整体动力性能显得至关重要。本文针对粉末式供应方式的金属燃料燃烧形式，运用FLUENT流体仿真软件对不同构型的金属燃料燃烧器内部流场进行了数值仿真研究。研究了雾化水滴二次喷口的位置、水滴

4、的雾化程度、雾化水滴的不同喷入角度等不同物理结构因素对金属燃料燃烧反应所产生的影响，通过研究发现：同一燃烧器构型下，物理结构因素的改变对燃烧器内部流场的压力分布、速度分布的影响较小，其主要影响内部流场燃烧反应，影响内部流场内的温度、铝金属颗粒以及燃烧产物的分布。当雾化水滴二次喷口位置与燃烧器前端距离较近时，会使得主反应所产生的高温区及铝金属颗粒完全消耗的位置提前，促进铝金属颗粒与水更加充分完全地发生燃烧反应。水滴的雾化程度越高，同样会使得主反应区域的位置提前，从而使反应更加地完全。雾化水滴喷入角度的不同对燃烧器前端的流场影响较大，当喷入角为0°时，燃烧产物与

5、热量在燃烧器前端的大量聚集，会对结构材料产生一定的影响；喷入角度为45°时，温度等流场的分布更为均匀，对结构材料的耐热程度等要求较低，从而有利于动力系统整体性能的提高。不同的燃烧器构型内部的流场分布会有很大的不同，当金属燃料燃烧器构型为雾化水滴一二次喷口位置处的燃烧器直径比1:0.8或1:0.6时，由于收敛段结构的存在，会更好地增加内部铝金属颗粒与水的掺混效果，促使铝金属颗粒与水发生燃烧反应进一步地进行。同一构型燃烧器，综合考虑多种因素，得出雾化水滴二次喷口位置与前端距离较近、雾化程度较高以及喷入角为45°的燃烧器结构为优选形式；不同燃烧器构型中，雾化水滴一

6、二次喷口位置处的燃烧器直径比为1:0.6的燃烧器为优选构型。本研究将为水下武器动力系统中燃烧器结构方案优选和优化设计提供技术参考。关键词：金属燃料，燃烧器，数值计算，雾化水滴，燃烧反应ABSTRACTWiththeprogressofscienceandtechnology,theapplicationofmetalfuelenginesintheAerospacefieldisbecomingmoreandmoreextensiveinunderwaternavigation.Astometalfuelengine,nomatterwhatkindofpr

7、opulsionprincipleandfuelsupplymode,asthecorepartofthewholepowersystem,thecombustionreactionorganizationinsidetheburnerareveryimportant.InordertoimprovetheoveralldynamicperformanceofUnderwaterweapon,itiscrucialthattoimproveitsinternalcombustionreaction.Inthispaper,forpowderedsupplyo

8、fthecombustionformofmetalf