高速旋转固体火箭发动机喷管热流密度模拟分析

"高速旋转固体火箭发动机喷管受热状态计算 (2015年)，作者：郝雯、马聪慧、邵跃跃，中国空空导弹研究院" 这篇论文主要探讨了高速旋转固体火箭发动机喷管在不同旋转速度下的受热状态，并采用流固热耦合计算方法进行了仿真分析。在高速旋转过载的情况下，固体火箭发动机的喷管会经历复杂的工作环境，这对其性能和使用寿命有重大影响。 首先，研究中提到的“流固热耦合计算方法”是一种多物理场模拟技术，它将流体动力学（流体）、结构力学（固体）和热传递（热）三个领域结合起来，以全面分析喷管内部的热力学过程。这种计算方法能够精确模拟高速旋转时燃气与喷管内壁的热交换情况，是理解和优化喷管设计的关键工具。 根据计算结果，随着旋转速度的增加和发动机工作时间的延长，高温燃气与喷管内壁面的总热流密度呈现下降趋势。这意味着旋转带来的动态效应能够缓解燃气对喷管的加热程度。然而，这并不意味着热交换的减弱，反而在特定区域，如喷管的喉部前端，热流密度达到最大，换热最为剧烈。这一现象可能与高速旋转产生的强烈旋涡有关，这些旋涡导致燃气的部分动能转化为热能，从而增加了壁面的传热效率。 高速旋转导致的强旋流动是关键因素，它使得燃气的动能逐渐损失，转而转化为内能，即热能。这一过程加剧了壁面的热传递，可能会引起喷管材料的热应力和热变形，对喷管的结构稳定性和耐久性构成挑战。因此，理解和控制这一过程对于设计能够承受高速旋转过载的固体火箭发动机喷管至关重要。 论文中提及的关键词“高速旋转”、“喷管”、“受热状态”和“热流密度”揭示了研究的核心内容，即在高速旋转条件下，如何通过流固热耦合计算来评估和控制固体火箭发动机喷管的受热状况，以确保其在极端工作条件下的可靠性和性能。 这篇论文深入研究了高速旋转固体火箭发动机喷管的受热特性，通过流固热耦合模型提供了一种有效的计算方法，对于理解旋转对喷管热状态的影响及优化发动机设计具有重要意义。