基于SPH方法的凝膠推進(jìn)劑一次霧化仿真研究①

強(qiáng)洪夫，劉 虎，韓亞偉，陳福振

(第二炮兵工程大學(xué)601室，西安 710025)

0 引言

凝膠推進(jìn)劑是一類新型推進(jìn)劑，是在液體推進(jìn)劑中加入固體顆粒均勻混合，再添加凝膠劑使固相粒子懸浮于其中而形成的膠狀物質(zhì)［1］。由于凝膠體系特殊的流變性能和存在狀態(tài)，使其在安全性能、能量性能和配方組分的選擇范圍方面較其他推進(jìn)劑有較大的優(yōu)越性，在未來新型導(dǎo)彈武器系統(tǒng)中具有廣闊的應(yīng)用前景［1－2］。

霧化問題是凝膠推進(jìn)技術(shù)的關(guān)鍵問題，而一次霧化是霧化過程的主要組成部分。目前，凝膠推進(jìn)劑霧化研究主要以實(shí)驗(yàn)為主，仍處于探索階段，研究結(jié)果主要是獲得噴霧圖像，尚未得到霧化特性參數(shù)(噴霧角、液滴尺寸及分布等)與噴注器幾何尺寸、工作參數(shù)以及凝膠推進(jìn)劑物性參數(shù)等因素之間的數(shù)學(xué)關(guān)系［3－6］。因此，為了與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相互補(bǔ)充、獲取霧化過程的更多細(xì)節(jié)，更加深入地研究霧化機(jī)理，開展凝膠推進(jìn)劑的一次霧化仿真研究十分必要。

凝膠推進(jìn)劑的一次霧化是一個典型的純?nèi)S自由表面流動過程，推進(jìn)劑射流撞擊、液膜破碎、液絲斷裂等過程均為大變形問題，傳統(tǒng)的網(wǎng)格方法在處理此類問題時受網(wǎng)格的限制，難度較大。可參考的文獻(xiàn)主要集中于2008年以后，美國AIAA研究人員進(jìn)行的液體推進(jìn)劑的霧化數(shù)值模擬［7－10］，其計算方法較為復(fù)雜，對計算平臺的要求較高。應(yīng)用光滑粒子流體動力學(xué)方法(SPH)進(jìn)行液體或凝膠推進(jìn)劑一次霧化仿真的研究尚未見報道。……