流動參數對固液發動機燃料退移速率的影響①

孫得川，王 博，夏廣慶

(大連理工大學航空航天學院，工業裝備結構分析國家重點實驗室，大連 116024)

0 引言

固液混合火箭發動機中比較突出的問題是燃料的退移速率偏低。由于氧化劑和燃料的燃燒屬于擴散燃燒，所有的固液火箭發動機都存在燃料退移速率過低的問題。一般燃料退移速率小于5 mm/s，純碳氫燃料的退移速率甚至小于1 mm/s。這給發動機裝藥設計帶來了很大困難。

為此，國內外許多學者從多方面著手研究該問題，歸納起來可以分為2類:一種是研究如何改進固體燃料，甚至發展新的燃料，使之具有較高的分解、退移速率，例如在燃料中添加納米金屬粉末，研制新型的石蠟燃料等;另一種是通過求解固液混合發動機流場，研究影響發動機性能的因素，這方面的研究多側重于發動機性能仿真［1］。

本文從能量平衡和流固耦合的角度，建立燃面退移的耦合數值模型，分析影響傳熱的流動因素，并通過數值模擬，研究提高退移速率的途徑，為固液火箭發動機應用提供理論依據和技術支持。

1 物理模型

圖1為固液發動機中燃料表面附近的流動、燃燒以及能量傳遞示意圖［2］。固液發動機中氧化氣體和燃料熱解氣體之間的燃燒是一種典型的擴散燃燒過程。發動機點火后，固體燃料受到高溫燃氣的直接加熱和輻射而在表面發生熱解，熱解產生的可燃氣體離開表面與附面層內的氧化劑氣體相互摻混、燃燒，在附面層內形成火焰區。燃燒和傳熱都發生在燃料表面的附面層內。……