发动机喷管内流场对流换热系数影响因素的数值分析

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1、第37卷第3期火箭推进V01．37，No．32011年6月JOURNALOFROCKETPROPULSIONJun．2011发动机喷管内流场对流换热系数影响因素的数值分析王明华，陈劲松(北京航天发射技术研究所，北京100076)摘要：基于Roe—FDS格式，采用标准k-e湍流模型对某液氧煤油发动机喷管内部燃气流对喷管内壁的对流传热换热系数进行了数值仿真与研究，分析了网格雷诺数以及恒温壁壁温对喷管内壁对流换热系数的影响。当近壁面网格第一层法向高度为10。mm数量级时，仿真结果与工程估算公式的计算结果相吻合。同时，在一定范围内，对流换热系数随来流

2、速度的增大而增大，恒温壁的壁温对对流换热系数的影响则较小。关键词：喷管对流换热系数；网格雷诺数；恒温壁；边界层；气动热中图分类号：V434—34文献标识码：A文章编号：1672—9374f2011103—0032—06NumericalanalysisofinfluencefactoronconvectiveheattransfercoefficientaboutnozzleinternalflowWANGMing—hua，CHENJin—song(BeijingInstituteofSpaceLaunchTechnology，Beijing

3、100076，China)Abstract：Theconvectiveheattransfercoemcientofnozzleinternalflowinaliquidoxv-gen—kerosenerocketengineissimulatedwithRoe—FDScomputationformatandastandard后一占turbu—lencemodel．TheeffectsofmeshReynoldsnumberandconstantwalltemperatureontheconvectiveheattransferofnozzl

4、einternalflowareanalyzed．Thesimulatedresultisingoodagreementwiththeresultofengineeringestimationwhentheorderofmagnitudeoffirstnear—wallmeshaltitudeis10．3min．Inagivenscope，theconvectiveheattransfercoefficientincreaseswiththeincreaseofflowve．10city，andtheinfluenceofconstantwa

5、lltemperatureontheconvectiveheattransfercoefficientisin—distinctive．Keywords：convectiveheattransfercoefficientofrocketnozzle；meshReynoldsnumber；con．stanttemperaturewall；boundarylayer；aerothermodynamics收稿日期：2011-02—10；修回日期：2011-02—06作者简介：王明华(1984一)，女，硕士研究生，研究领域为发射燃气动力学第37卷第3

6、期王明华，等：发动机喷管内流场对流换热系数影响因素的数值分析330引言目前，结构件在燃气流场中的烧蚀及热防护受到广泛关注。燃气流热力特性可为燃气流烧蚀影响区域耐烧蚀材料选用及热防护措施选择提供直接依据。国内外学者和技术人员对飞行器飞行状态气动热CFD计算进行了研究，研究的内容主要集中在格式效应和网格效应两个方面【㈧，对燃气流热力特性做系统研究的比较少。工程上，很多结构件在燃气流场中遭受冲刷，燃气流对结构件表面的对流传热类似于喷管内部燃气流对于管壁的对流传热。本文通过对某液氧煤油发动机喷管内流场结构及对流换热系数进行研究，分析网格雷诺数以及恒温

7、壁壁温对对流换热系数的影响。计算模型及边界条件1．1计算模型在计算喷管内流场时，假设流动是轴对称的，运用Roe—FDS格式所对应的密度基耦合求解器求解。FDS不仅具有很好的激波等间断分辨率，而且粘性分辨率也相当优秀，这是一般格式所不具备的。Roe格式是目前采用较广泛的一种格式。湍流模型采用标准k-e模型。考虑可压缩条件下同时模拟燃烧反映动力过程、传热过程难度较大，同时难以分析主要因素对计算结果的影响，本文暂不考虑燃烧过程，计算过程按一维定常等熵流基本关系计及燃气物性参数、气体状态方程。1．2边界条件控制方程的边界条件为：在推力室进口截面设定压

8、力进口边界条件，喷口出口设定压力出口边界条件，壁面无滑移、非穿透。由对流传热热流密度计算公式可知[5-61，热流密度与对流换热系数及恢复温度有关，同时本文不考虑热传