金属粉末燃料供应与燃烧的数值研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:huolong820
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超空泡鱼雷的出现使得现代海战的攻防态势发生了重大改变,然而传统水下兵器动力系统无法满足超空泡鱼雷的性能需求。铝/水反应拥有突出的能量性能,使用外界水作为氧化剂和推进工质更使得冲压原理得以在水下实现,大大提高了鱼雷的速度以及比冲性能。伴随着世界海军现代化的进程以及海洋权益争夺的日趋激烈,水冲压发动机拥有广阔应用前景。粉末式水冲压发动机拥有比药柱式水冲压发动机更高的推进性能,其内部主要包括粉末供应装置以及燃烧室两个部分。使用FLUENT软件对该两部分进行总体构型设计,并对其工作状态开展相应的数值模拟研究,对发动机设计以及性能优化有较高的参考价值。  本文提出了超压密封纳米铝粉供应装置,以欧拉模型为理论基础,运用数值模拟详细分析了纳米铝粉供应起始段、稳定段、结束段流域特点以及流量数据。为铝粉供应装置的大型化、简单化提供了可能。使用EDC模型对燃烧室中不同稳燃装置的燃烧特性进行数值模拟,比较分析不同装置的稳燃效果,对比采用钝体稳定器燃烧室、大速差稳焰器燃烧室、预混突扩燃烧室结构的燃烧性能后,最终选择大速差稳定器燃烧室作为燃烧室模型。燃烧室一次进水以及蒸发室二次进水结合,达到了水以及水蒸气流对壁面的覆盖的目的,有利于燃烧室隔热并防止氧化物沉积。为避免冲压水来流流量的不稳定性,将燃烧室分为两个腔,中间以壅塞喉部分割,配合蒸发式的钝体稳定器,最大程度减少了不稳定冲压水流对燃烧室的影响,稳定燃烧为稳定的蒸发提供了条件。研究表明所设计的超压密封粉末供应装置结构简单,工作稳定;燃烧室燃烧流场的数值研究表明,大速差稳焰器配合蒸发室的双室结构在稳焰,隔热,防沉积等方面起到一定作用,能够满足水冲压发动机的性能需求。
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