GH2∕GO2涡流冷却推力室设计与数值计算

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1、第36卷第5期2010年10月火箭推进JOURNALOFROCKETPROPULSIONV01．36．No．50ct．2010GH2／G02涡流冷却推力室设计与数值计算吴东波1，李家文1，常克宇2(1北京航空航天大学宇航学院，北京100191；2西安航天动力研究所，陕西西安710100)摘要：涡流冷却是一种新型液体火箭发动机推力室冷却技术。采用该技术可以简化推力室结构、降低成本，并可提高系统可靠性。对涡流冷却推力室进行了初步设计，并采用PDF非预混燃烧模型和DO辐射模型对所设计的推力室进行了数值仿真。根据计算结果：推力室内部形成

2、了双向涡流；推力室圆筒段壁面温度低于760K；在考虑辐射条件下，推力室圆筒段壁面温度平均升高约140K，最高温度低于900K；涡流冷却技术是可行的，但目前存在燃烧效率相对较低的问题。关键词：涡流冷却；数值仿真；双向涡流；壁面温度；燃烧效率中图分类号：V434文献标识码：A文章编号：(2010)05—0017—06DesignandnumericalcalculationofGH2／G02vortex．．cooledcombustionchamberWUDong—b01，LIJia-wenl，CHANGKe一妒(1Schoolof

3、Astronautics，BeijingUniv．ofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191，China2Xi’anAerospacePropulsionInstitute，Xi’an710100，China)AbgtrllcttVortexcoolingisanewtypeofthrustchambercoolingtechnologyfortheliquidrocketengine．ThistechnologyCansimplifythethrustchamberstructure，

4、reducecostandincreasesystemre-liability．Inthispaper，preliminarydesignofavortexcoolingbasedthrustchamberisperformed．ThenumericalsimulationofthedesignedthrustchamberismadebyadoptingPDFnon-premixedcombus-tionmodelandDOradiationmodel-neresultshowsthatabidireetionalvortex

5、isformedinthein-temalofthrustchamberandthewalltemperatureinthecylindersectionofthethrustchamberislow-erthan760ICTheaveragetemperatureofthecylinderwallisincreasedabom140Kbutthemaxi-mumtemperatureislowerthan900Kwhileconsideringtheradiationeffect．Therefore，thetechnolo-g

6、yofvortexcoolingisfeasible，butatthepresentthecombustionefficiencyisrelativelylow．Ke'ywords：vortexcooling；numericalsimulation；bidirectionalswirl；walltemperature；combus·tionefficiency收稿日期：2010-09-08；修回日期：2010-09—17基金项目：国家863资助项目(2009AA7020515)作者简介：吴东波(1985--)，男，硕士研究生，研

7、究领域为液体火箭发动机设计及数值仿真18火箭推进2010年10月表1发动机燃烧室热力学计算结果0引言呦·1ResflmofMermody,删macscalcuhfi。nforMecombustionchamber涡流冷却火箭发动机是一种新型推进系统，具有成本低、维护性能好、可重复使用等特性。在涡流冷却推力室中，燃料从燃烧室头部沿轴向喷人，氧化剂从燃烧室底部切向喷入，沿燃烧室内壁面螺旋向上运动到燃烧室头部之后，继而向下螺旋运动，于是这时燃烧室内存在两股同轴但反方向运动的涡流，推进剂在内部涡流区域掺混燃烧，外部涡流阻止高温燃气与燃烧

8、室内壁面接触，使内壁面的热载荷减小，温度降低。目前国外在涡流冷却推力室的设计、计算仿真和试验方面已经取得了一些成果。MartinJ．Chiavefini通过对GH／GO：涡流冷却推力室的试验研究指出H：沿径向喷注时有比较好的性能和冷却效果。美国田纳西州大学的Di