双脉冲固体火箭发动机内流场数值模拟与级间孔影响分析

"双脉冲发动机内流场研究 (2012年) - Gao et al." 这篇2012年的研究论文详细探讨了双脉冲固体火箭发动机内流场的特性，特别是级间孔对其性能的影响。双脉冲固体火箭发动机是一种先进的推进系统，通过两次独立的燃烧脉冲来提高推力控制和效率。本文的研究目标是理解级间孔如何改变发动机内部的流动动态，从而优化设计参数。 研究人员采用了k-ε模型，这是一种广泛用于模拟湍流流动的数学模型，它能够描述流体中的速度和压力分布。SIMPLE（Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations）算法和PISO（Pressure-Implicit with Splitting of Operators）算法则被用来解决流体动力学方程，这两种算法在计算流体动力学中常用于求解流场的瞬态和稳态问题。通过这些工具，作者们能够对带有级间孔的双脉冲固体火箭发动机的内部流动进行数值模拟。 研究结果显示，级间孔直径与第一燃烧室直径的比例（di/D）对发动机性能至关重要。理想的比值范围被确定为1/3到1/2，这表明级间孔的尺寸需要精心设计，以确保流体流动的均匀性和燃烧效率。此外，计算分析还揭示了颗粒相（燃烧产生的固体粒子）在第一燃烧室内的分布模式，这对于理解颗粒如何影响燃烧过程和可能对级间隔板造成冲蚀至关重要。颗粒的运动轨迹和它们与隔板的相互作用是影响发动机寿命和可靠性的重要因素。 关键词中的“两相流”指的是燃烧室内同时存在的气体和颗粒相，这种复杂流动现象需要特殊的颗粒轨道模型来描述。通过这些模型，可以预测颗粒的运动路径、碰撞和能量传递，从而优化燃烧效率和减少结构损坏。 该研究对于双脉冲固体火箭发动机的设计和改进具有重要意义，为工程师提供了关于如何调整级间孔大小以优化性能的理论依据，同时也为理解颗粒与发动机内部组件交互提供了深入的见解。这些发现对提升固体火箭发动机的推力控制能力、燃烧效率和整体性能有着直接的应用价值。