液體火箭發(fā)動機燃燒過程建模與數(shù)值仿真

內容概要

《液體火箭發(fā)動機燃燒過程建模與數(shù)值仿真》系統(tǒng)地建立和介紹了液體火箭發(fā)動機噴霧燃燒過程的理論、模型和數(shù)值計算方法，包括液體推進劑噴霧理論與噴嘴霧化模型，液滴在常壓、高壓和振蕩環(huán)境下的蒸發(fā)理論及多組分液滴蒸發(fā)模型，湍流流動模型，湍流燃燒模型，傳熱模型，燃燒不穩(wěn)定理論與模型等，上述理論或模型反映了當前的最新研究成果。《液體火箭發(fā)動機燃燒過程建模與數(shù)值仿真》最后給出了完整的液體火箭發(fā)動機噴霧燃燒計算模型，介紹了數(shù)值算法和網(wǎng)格生成方法，并給出了應用算例。

書籍目錄

第1章 引言  1.1 液體火箭發(fā)動機的基本結構  1. 1.1 推進劑供應系統(tǒng)  1.1.2 推力室  1.2 液體火箭發(fā)動機的內部燃燒過程  1.2.1 啟動和關機過程  1.2.2 燃燒過程  1.2.3 工作過程的性能參數(shù)  1.3 液體火箭發(fā)動機燃燒過程數(shù)值仿真的特點及發(fā)展歷程  1.3.1 液體火箭發(fā)動機燃燒過程數(shù)值仿真的作用  1.3.2 液體火箭發(fā)動機工作過程數(shù)值仿真的主要內容  1. 3.3 液體火箭發(fā)動機燃燒過程的數(shù)值仿真發(fā)展歷程  1.4 化學流體力學基本控制方程組  1.5 本書的主要內容  參考文獻  第2章 液體推進劑霧化機理和霧化模型  2.1 液體火箭發(fā)動機噴注器類型和作用  2.2 液體推進劑霧化機理  2.2.1 靜態(tài)液滴的形成  2.2.2 圓柱射流破碎  2.2.3 液膜破碎  2.2.4 液滴二次破碎  2.3 液體火箭發(fā)動機中霧化性能評價指標  2.3.1 噴霧尺寸分布函數(shù)  2. 3.2 平均直徑與特征直徑  2.3.3 噴霧尺寸分布的測量  2. 4 液體火箭發(fā)動機噴嘴霧化模型  2.4.1 直流式噴嘴  2.4.2 離心式噴嘴  2.4.3 撞擊式噴嘴  2.4.4 同軸剪切式噴嘴  2.4.5 同軸離心式噴嘴  2.5 液體推進劑噴霧數(shù)值模擬  2.5.1 液體推進劑霧化過程數(shù)學模型  2.5.2 擬流體模型  2.5.3 顆粒軌道模型  2.5.4 界面追蹤法在霧化數(shù)值模擬中的應用  參考文獻  第3章 液滴蒸發(fā)燃燒模型  3.1 液滴在常壓下的準定常蒸發(fā)燃燒理論  3.1.1 液滴在靜止氣體中無燃燒時的準定常蒸發(fā)理論  3.1.2 液滴在靜止氣體中有燃燒時的準定常蒸發(fā)理論  3.1.3 液滴在對流介質中的無燃燒蒸發(fā)理論  3.1.4 液滴在對流介質中的有燃燒蒸發(fā)理論  3.2 高壓下液滴蒸發(fā)模型  3.2.1 zks液滴高壓蒸發(fā)理論  3.2.2 應用液相活度系數(shù)計算高壓氣液平衡的方法  3.3 振蕩環(huán)境下推進劑液滴亞臨界蒸發(fā)響應特性  3.3.1 物理模型  3.3.2 算例及結果分析  3.4 多組分燃料液滴蒸發(fā)模型  3.4.1 簡單多組分液滴蒸發(fā)模型  3.4.2 復雜多組分混合物液滴蒸發(fā)的連續(xù)熱力學模型  3.5 液滴群蒸發(fā)  3.5.1 群燃燒數(shù)定義  3. 5.2 液滴群燃燒模式  參考文獻  第4章 湍流流動模擬  4.1 湍流模式理論及方程  4. 1.1 代數(shù)模型  4.1.2 一方程模型  4. 1.3 兩方程模型  4. 1.4 湍流模型修正  4. 1.5 非線性湍流模型  4. 1.6 雷諾應力模型  4. 1. 7 模型評述  4. 2 大渦模擬理論及方程  4.2.1 大渦模擬的基本思想  4. 2.2 大渦的運動方程  4. 2.3 亞格子尺度模型  4.2.4 混合rans／les方法  4.3 兩相湍流模型  4. 3.1 顆粒湍流的hinze—tchen代數(shù)模型  4. 3.2 兩相湍流的κ—ε—κρ和κ—ε模型  參考文獻  第5章 湍流燃燒模型  5.1 化學反應項的平均  5.2 擴散火焰的設定pdf——快速化學反應模型  5.2.1 概念和假設  5.2.2 κ—ε—z—g方程組  5.2.3 概率密度分布函數(shù)  5.2.4 設定型pdf  5.2.5 截斷型高斯分布的pⅳ  5.3 預混火焰的有限反應速率ebu—arrhenius模型  5.4 關聯(lián)矩模型  5.4.1 時均反應率  5.4. 2 關聯(lián)矩的封閉  5.5 湍流燃燒的火焰面模型  5.5. 1 擴散火焰面模型  5.5. 2 預混火焰面模型  5.6 湍流燃燒的pdf輸運方程方法  5.6.1 概率密度函數(shù)的輸運方程  5. 6.2 湍流pdf方程的封閉問題  5.6.3 密度加權平均的單點聯(lián)合概率密度函數(shù)的輸運方程  5. 6.4 概率密度函數(shù)的輸運方程的求解  5.7 湍流燃燒的大渦模擬  5. 7.1 湍流燃燒大渦模擬的控制方程  5. 7.2 亞格子尺度燃燒模型  參考文獻  第6章 傳熱模型及模擬  6.1 燃燒室壁對流傳熱模型  6.1.1 燃氣對流傳熱模型  6.1.2 冷卻對流傳熱模型  6.2 燃燒室壁熱傳導模型  6.2.1 傅里葉導熱定律  6.2.2 一維穩(wěn)定熱傳導  6.2.3 二維穩(wěn)定熱傳導  6.2.4 非穩(wěn)態(tài)熱傳導  6.3 輻射換熱模型  6.3.1 輻射的基本定律  6.3.2 輻射熱流密度計算經驗模型  6.3.3 燃燒過程輻射換熱數(shù)值模擬  參考文獻  第7章 燃燒不穩(wěn)定模型  7.1 概述  7.1.1 燃燒不穩(wěn)定性表現(xiàn)形式  7.1.2 不穩(wěn)定燃燒分類  7.1.3 燃燒不穩(wěn)定性的特點  7.2 燃燒不穩(wěn)定的聲學基礎  7.2.1 供熱或供質激起聲振蕩的rayleigh準則  7.2.2 聲波與聲振蕩  7.2.3 燃燒室內的聲振型  7.2.4 火箭發(fā)動機內的自激振蕩  7.3 液體火箭發(fā)動機燃燒過程的響應特性  7.3.1 推進劑供應系統(tǒng)的響應特性  7.3.2 噴射霧化過程的響應特性  7.3.3 液滴蒸發(fā)過程的響應特性  7.4 敏感時滯模型n—τ  7.4.1 燃燒時滯  7.4.2 敏感時滯模型  7.5 液體火箭發(fā)動機燃燒穩(wěn)定性非線性理論  7.5.1 非線性場振子模型  7.5.2 均勻反應器聲振模型  7.5.3 時空相互作用動力學模型  7.5.4 燃燒不穩(wěn)定的一般熱力學分析  7.6 不穩(wěn)定燃燒的控制措施  7.6.1 被動控制  7.6.2 主動控制  7.6.3 第三種控制方法  參考文獻  第8章 液體火箭發(fā)動機燃燒過程數(shù)值方法及計算實例  8.1 兩相多組分反應流基本控制方程  8.1.1 氣相控制方程  8.1.2 液相顆粒軌道模型  8.1.3 湍流模型  8.1.4 液滴霧化模型  8.1.5 液滴蒸發(fā)模型  8.1.6 化學反應動力學模型  8.2 數(shù)值計算方法  8.2.1 概述  8.2.2 常用的離散格式  8.2.3 離散方程  8.2.4 基于交錯網(wǎng)格的動量方程的離散  8.2.5 流場計算的simple算法  8.2.6 piso算法  8.3 網(wǎng)格生成技術  8.3.1 結構網(wǎng)格生成技術  8.3.2 非結構網(wǎng)格生成技術  8.4 液體火箭發(fā)動機燃燒過程計算算例及結果分析  8.4.1 雙工況氫氧發(fā)動機燃燒與傳熱數(shù)值分析  8.4.2 三組元發(fā)動機推力室內部傳熱數(shù)值仿真  8.4.3 液體發(fā)動機燃燒穩(wěn)定性數(shù)值仿真  參考文獻

章節(jié)摘錄

版權頁：   插圖：   7.1.1燃燒不穩(wěn)定性表現(xiàn)形式 燃燒不穩(wěn)定性具有不同的表現(xiàn)形式。由于壓力測量最為方便，燃燒不穩(wěn)定性通常以壓力變化的周期性為表征。測壓位置可以是在燃燒室內也可以在推進劑供應系統(tǒng)中。值得注意的是，燃燒不穩(wěn)定造成的室壓振蕩與穩(wěn)態(tài)燃燒的正常室壓脈動不同，二者存在如下區(qū)別：①當發(fā)生燃燒不穩(wěn)定時，燃燒室壓力振蕩具有明顯的周期性，振蕩能量集中在某幾個固有頻率的振蕩上，而且燃燒室內不同位置的燃氣振蕩之間具有一定的聯(lián)系。在正常的穩(wěn)態(tài)燃燒時，盡管燃燒室壓力也經常存在不同程度的脈動和起伏，但往往是帶有隨機性的，且各位置的燃氣振蕩互不關聯(lián)，振蕩能量分散，在某一時間區(qū)間這種脈動的總效應趨于零。②當發(fā)生燃燒不穩(wěn)定時，燃燒室壓力的振蕩幅值較大，通常在平均室壓的5％以上，有時甚至可能高達百分之幾十或更高。穩(wěn)態(tài)燃燒時的隨機擾動往往幅值較小。 溫度和傳熱的監(jiān)測也能夠成功地顯示出燃燒不穩(wěn)定的發(fā)生。埋在室壁內的熱電偶可以感受到壁溫的迅速升高。利用冷卻劑或局部再生冷卻劑，也可得到溫度變化的快速響應。 燃燒不穩(wěn)定性也使排氣羽流中的馬赫菱形區(qū)的軸向位置發(fā)生振蕩，這可由高速攝影來測得。馬赫菱形區(qū)的振蕩通常與室壓振蕩頻率相一致。有時采用光學技術來監(jiān)視排氣羽流的光度變化，但光度的變化可能是非常弱的。據(jù)估計，羽流中光度振蕩的響應振幅僅為室壓響應振幅的0.1％。測量結果表明，流量或推力的周期性變化也是燃燒不穩(wěn)定性的一個標志。 7.1.2不穩(wěn)定燃燒分類 通常，各種燃燒不穩(wěn)定性的激勵機理是不相同的，相應地，需要采用不同的方法來控制或消除燃燒不穩(wěn)定性。歷史上，燃燒不穩(wěn)定性是按其頻率范圍來分類的，但是在低頻、中頻和高頻之間并沒有一個明確的分界線。對燃燒不穩(wěn)定性僅按頻率來分類會引起許多混亂。一種較好的分類方法是將燃燒不穩(wěn)定性的種類與其效應、最重要的耦合機理及其消除裝置聯(lián)系起來。

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