噴管兩相流耦合數值模擬與粒子熱增量預測

蘇鵬輝 艾邦成 潘宏祿

(中國航天空氣動力技術研究院， 北京100074)

現代固體火箭發動機為了抑制不穩定燃燒，提高工作效能，常使用含鋁粉的復合推進劑，其燃燒產物中含有氧化鋁凝聚相粒子，質量分數有時可高達30%，形成典型兩相流動［1］.兩相流中粒子對噴管熱環境的影響主要體現在兩個方面:一方面粒子在流場中存在速度和溫度滯后，通過與氣相間的動量和能量交換引起氣相流場變化;另一方面高速運動的高溫粒子撞擊噴管壁面產生壁面熱流增加和粒子沖刷燒蝕等現象，對噴管喉襯熱防護提出了更高要求.因此基于燃氣-粒子相互作用的噴管兩相流研究已成為噴管喉襯熱防護研究的重要方面.

噴管兩相流研究主要有數值模擬和試驗測量這兩種手段.在數值模擬方面，目前國內外學者主要基于歐拉-拉格朗日描述的粒子軌道模型對不同狀態下噴管兩相流的流場參數和粒子運動狀態進行數值計算分析.文獻［2－4］利用顆粒軌道模型對噴管兩相流進行了數值模擬研究，得到了豐富的成果，顯示了顆粒軌道模型的應用價值.

在噴管兩相流試驗，特別是噴管粒子熱增量試驗方面，文獻［5］進行了不同攻角平板的粒子熱增量試驗，粒子垂直平板速度所對應動能的70%轉化為平板表面熱能.文獻 ［6］進行了超聲速球頭繞流粒子熱增量試驗，在球頭駐點處粒子動能70%轉化為球頭駐點熱能.

目前已有的噴管兩相流數值模擬集中關……