三氧化二铝液滴碰撞模拟：固态火箭发动机内的动态分析

"该文是关于三氧化二铝液滴对心碰撞的直接数值模拟研究，旨在探索固体火箭发动机内部液滴碰撞的物理规律并建立预测模型。通过对比正十四烷液滴在氮气环境下的实验与数值模拟结果，验证了计算方法的可靠性和准确性。在6MPa的压力下，对不同Weber数（10至200）的三氧化二铝液滴碰撞进行了模拟，发现存在反弹、大变形后聚合和自反分离三种结果类型，并确定了临界Weber数，分别为反弹与大变形后聚合的26以及大变形后聚合与自反分离的44。这些发现对于修正其他流体液滴碰撞模型并建立三氧化二铝液滴的碰撞模型具有重要意义。该研究对理解固体火箭发动机中液滴行为、改善燃烧效率和安全性具有深远影响。" 这篇论文详细探讨了三氧化二铝液滴在固体火箭发动机内部碰撞的复杂物理过程。作者通过直接数值模拟的方法，研究了两个相同尺寸的三氧化二铝液滴在对心碰撞时的行为。首先，他们使用正十四烷液滴在氮气环境下的对心碰撞作为基准，进行数值模拟并与实验数据对比，以验证计算方法的精度和适用性。 接下来，研究专注于三氧化二铝液滴在6MPa高压环境下的碰撞。模拟涵盖了广泛的Weber数范围，从10到200，Ohnesorge数固定为0.0364。Weber数是描述液滴表面张力、惯性和密度之间关系的无量纲数，而Ohnesorge数则衡量了粘性相对于表面张力和惯性的相对重要性。通过对不同Weber数的模拟，研究者观察到了液滴碰撞的三种主要结果：反弹、大变形后聚合以及自反分离。他们进一步确定了这两种状态之间的临界Weber数，分别为26和44。 这些发现对于理解三氧化二铝液滴在火箭发动机内部的行为至关重要，因为液滴间的碰撞直接影响到燃烧过程中的粒径分布，进而影响到发动机的绝热层烧蚀、燃烧稳定性以及喷管内壁的熔渣沉积。通过这些临界Weber数，可以改进其他流体液滴碰撞模型，以更准确地预测三氧化二铝液滴的碰撞结果，这对优化固体火箭发动机的性能和安全具有重要价值。 这篇论文展示了在固体火箭发动机设计中考虑液滴动力学行为的重要性，并提供了理论基础和工具，以支持对含铝推进剂燃烧过程中液滴碰撞的深入理解和工程应用。