某膨胀循环发动机推力室冷却结构流场仿真分析

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1、第41卷第2期2015年4月火箭推进JOURNALOFROCKETPROPULSIONV01．41，No．2Apr．2015某膨胀循环发动机推力室冷却结构流场仿真分析周伟(北京航天动力研究所，北京100076)摘要：为了研究某膨胀循环氢氧发动机推力室冷却结构流场分布特性，进行了单根冷却通道和完整冷却通道结构的三维CFD分析。仿真计算过程中，以单根通道模型的仿真结果作为完整通道结构模型流场仿真分析的边界条件之一，并考虑了材料物性参数随温度或压力的变化。分析结果表明：1)仿真预测的温升、压降与热试验实测值吻合，该推力室冷却通道流

2、量相对偏差范围为一4．8％～6．6％，由此造成喉部气壁温的环向偏差为33K；2)集合器管内流体的环向流动压差、法兰起分流或汇聚作用时拐弯效应形成的压力波动是造成冷却通道流量不均匀分布的主要原因，出口集合器内的压力分布对通道流量分布起主要作用；3)提高通道流量均匀性的措施可以从增大出口集合器管径或采用变管径设计、采用扩口型法兰并设置弧形导流片、集合器的进、出口法兰布置在同一环向位置等方面进行考虑。关键词：膨胀循环发动机；推力室；冷却通道；分布不均中图分类号：V434—34文献标识码：A文章编号：1672—9374(2015)0

3、2—0063—07FlowfieldsimulationanalysisofcoolingconfigurationinthrustchamberofanexpandercycleengineZHOUWei(BeijingAerospacePropulsionInstitute，Beijing100076，China)Ak出硼：Inordertoinvestigatetheflowfielddistributionfeaturesofcoolingconfigurationinthrustchamberofanexpande

4、rcycleengine，3DCFDanalysesforsinglechannelandfullchannelconfigurationaredone．Incomputationprocess，thesimulationresultofsinglechannelmodelistakenasoneoftheboundaryconditionsinflowfieldsimulationanalysisoffullchannelstructuremodel，inwhichthevariationofmaterialphysica

5、lpropertyparameterswithpressureortemperatureisconsidered．Theanalysisresultsshowasfollows：1)thetemperatureriseandpressurereductionpredictedinsimulationisconsistentwithresultsgotinhottesting，andtherelativedeviationofmassflowinthecoolingchannelofthethrustchamberiS一4．8

6、％～6．6％，asaresult，thecircumferential收稿日期：2014—08—13；修回日期：2014—12—11作者简介：周伟(1982一)，男，高级工程师，研究领域为液体火箭发动机推力室“火箭推进2015年4月deviationoftheside—walltemperatureatthroatis33K：2)thepressuredifferentialcausedbycircumferentialflowinmanifold．andthepressurefluctuationcausedbyflowt

7、urningeffectattheconjugatecornerformedwithflangeandmanifoldaretheprimarycausewhichleadstomassflowunevendistribution，andthepressuredistributioninoutletmanifoldplaysaleadingroleinmassflowdistributionincoolingchannels；3、themeasurestodecreasemassflowmaldistributioncanb

8、eamplificationoftheinnerdiameterofoutletmanifoldtubeorvariablediameterdesign，funnel—shapedflangewithguidevanes，andalsocanarrangeinletandoutletfla