井下发射过程燃气射流流场研究

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1、中图分类号：V553.1+2UDC分类号：623井下发射过程燃气射流流场研究作者姓名周笑飞学院名称宇航学院指导教师姜毅答辩委员会主席荣吉利申请学位工学学位学科专业兵器科学与技术学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月StudyonthesilojetflowfieldduringthelaunchingCandidateName：ZHOUXiao-feiSchoolorDepartment:SchoolofAerospaceEngineeringFacultyMentor:JIANGYiChair,ThesisCom

2、mittee:RONGJi-liDegreeApplied:DoctorofEngineeringMajor:WeaponLaunchingTheoryandTechnologyDegreebyBeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence:December2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文为我本人在指导老师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育

3、机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作出了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学博士学位论文摘要火箭在井下发射过程中，火箭发动机喷出的高温高速燃气流会对发射井内设施造成严重的热冲击和动力冲击作用，通过对井内燃气射流的流动进行研究，实现对发射井建设或防护提供必要的理论支持。1.建立了火箭-发射井模型，研究了某型火箭发射过程对发射井内环境的影响。发射井处于封闭状态，底部设有导流槽，燃气射流只能从导流槽向外排出，未能被及时排导的燃气将在井内聚集造成井内温度

4、与压力的升高；井下发射过程中，发射井内空间较为狭小，高温高压射流靠近发射井井壁，燃气射流对发射井的影响较大。2.研究了包含组分输运模型的燃气射流计算结果情况。对包含/不包含组分输运模型两种工况进行了仿真，分析了组分输运模型对仿真结果的影响，发现粘性、密度、比热等气体参数的差异对射流流场会造成较大的影响，得出了在对井下燃气射流流动进行数值计算时，需采用组分输运模型的结论。3.研究了不同角度下、不同离散格式下燃气射流对发射井内计算结果的影响。由于该火箭发动机喷管在发射过程中会出现摆动用以调整火箭姿态。研究该问题的过程中使用了射流处

5、于起始安装角（小角度）和10度角（大角度）两种工况进行分析；使用了一阶迎风格式、二阶迎风格式和QUICK格式，对不同角度下射流流场进行对比。对于射流与轴线呈不同夹角情况而言，射流在发射井内的流动形式出现了明显的差异，且由于井内空间狭小，射流与井壁的距离较近，因此当射流与轴线的角度出现较小改变时，各测点数据将出现较大变化；对于离散格式而言，由于一阶迎风格式存在数值扩散的现象，采用一阶迎风格式会造成流场的计算出现较大误差。二阶迎风格式和QUICK格式虽然无法完全避免出现数值粘性的问题，但可以有效减少数值误差，两种格式的计算结果较为

6、接近；QUICK格式由于采用曲率修正，在井口处测点有更好的表现。4.研究了不同湍流模型对井内燃气射流流场计算结果的影响，分析了各湍流模型之间数值计算结果的差异，研究了产生差异的主要原因。使用不同湍流模型对燃气射流的流动模式改变不大，对局部流动的强度有一定影响。通过对比分析，判断了对于类似工程问题更适宜使用的湍流模型。5.研究了复燃对井下发射燃气射流计算结果的影响，使用了两种角度射流的工况分别使用复燃模型进行仿真，与不使用复燃模型工况的仿真结果进行了II北京理工大学博士学位论文对比。区别主要体现在射流对各测点造成影响的初期，复燃

7、作用较为明显，随着氧气的消耗，复燃现象逐渐减弱。6.对实验进行整理和分析，并将分析结果与仿真结果进行对比。研究了试验数据之间存在较大差异的原因，并对仿真模型进行了验证，对各次实验过程中燃气射流的流动形式进行了判断。关键词：井下发射；燃气射流；离散格式；湍流模型；复燃；流场III北京理工大学博士学位论文AbstractInthelaunchingsilo,therocketenginegenerateshightemperatureandpressureexhaustplume.Sothermalshockanddynamici

8、mpactingarecausedonthesilofacility.Inthispaper,inordertoprovidenecessarytheoreticalsupportforconstructingordefendingthesilofacility,thejet