水反应金属燃料水下动力性能分析研究

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1、分类号：密级：ＵＤＣ：编号：工学硕士学位论文水反应金属燃料水下动力性能分析研究硕士研究生：潘博睿指导教师：顾璇副教授学科、专业：航空宇航科学与技术论文主：审人：郜冶教授，哈尔滨工程大学２０１８年３月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文水反应金属燃料水下动力性能分析研究硕士研究生：潘博睿指导教师：顾璇副教授学位级别：工学硕士学科、专业：航空宇航科学与技术所在单位：航天与建筑工程学院论文提交日期：2018年1月8日论文答辩日期：2018年3月11日学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:

2、U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.EngResearchonAnalysisofHydro-ReactiveMetalFuelUnderwaterDynamicPerformanceCandidate:PanBoRuiSupervisor:AssociateProfessor.GuXuanAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringAeronauticalandAstronauticalSpecialty:ScienceandTechnologyDateofSubmissio

3、n:January8,2018DateofOralExamination:March11,2018University:HarbinEngineeringUniversity摘要水反应金属燃料具有能量高、比冲大等特点，被广泛地应用于水下超高速推进系统中。金属燃料水冲压发动机结构简单、可靠性高、绿色环保，是世界各军事强国争相研究的重点。本文将利用计算流体力学软件Fluent，对以铝粉为主要燃料、雾化水滴为氧化剂的水反应金属燃料冲压发动机，在不同燃料注入形式及不同航行状态下的工作过程进行数值模拟。本文首先对金属燃料水冲压发动机二维内流场进行了数值模拟，并将模

4、拟结果与文献中的实验数据进行了对比，以验证数值模拟方法的合理性。之后，对不同燃料注入形式下的金属燃料水冲压发动机内流场进行了数值模拟，并对不同工况下发动机的内流场参数分布进行对比分析。研究发现，在燃料质量流率一定时，燃料注入形式的改变对发动机的燃烧室压力及排气速度影响较小；采用单喷口注入形式的水冲压发动机，燃烧室中的高温区域主要位于燃烧室一、二次进水口之间；采用双喷口注入形式的水冲压发动机，燃烧室中的高温区域集中在发动机前端。其次，对连接拉瓦尔喷管的水反应金属燃料发动机，在不同航行深度、不同航行速度下的三维内流场进行了模拟计算，分析了内流场的压力、速度、

5、温度分布，及不同工况下发动机排气速度、比冲、推力系数及特征速度的变化规律。研究发现，水下航行器的航行深度越大，发动机燃烧室中温度越高，排气速度、比冲、推力系数及特征速度均随之减小；水下航行器的航行速度越大，燃烧室压强越高，燃烧室温度越低，发动机排气速度、比冲、推力系数均随之增大，而特征速度随之减小；对于本文所研究的金属燃料水冲压发动机的航行深度不宜超过30m。本文的研究方法及结果可以为水反应金属燃料冲压发动机在水下航行器中的应用提供一定的理论参考。关键词：水反应金属燃料；水冲压发动机；EDC模型；动力性能IABSTRACTHydro-reactiveme

6、talfueliswidelyusedinthepropulsionsystemofunderwaterhighspeedvehicleduetoitshighenergyandhighspecificimpulse.Metalfuelwaterramjetenginehastheadvantagesofsimplestructure,highreliabilityandgreenenvironmentalprotection,whichisthefocusoftheworld'smilitarypower.Inthisdisertation,theco

7、mputationalfluiddynamicssoftwareFluentisusedtosimulatetheworkingprocessofahydro-reactivemetalfuelramjetenginewithaluminumpowderasthemainfuelandatomizedwaterdropletsastheoxidant,indifferentfuelinjectionformsanddifferentnavigationalconditions.Firstofall,thetwo-dimensionalinternalfl

8、owfieldofhydro-reactivemetalfuelramjetwa