[發(fā)明專利]一種固體火箭噴焰氧化鋁固液相變的數(shù)值模擬方法有效
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 201710146487.8 | 申請(qǐng)日： | 2017-03-13 |
| 公開（公告）號(hào)： | CN107092715B | 公開（公告）日： | 2020-06-19 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 段然;朱希娟;馬靜;吳杰 | 申請(qǐng)（專利權(quán)）人： | 北京環(huán)境特性研究所 |
| 主分類號(hào)： | G06F30/20 | 分類號(hào)： | G06F30/20;G06F111/10 |
| 代理公司： | 北京格允知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11609 | 代理人： | 張沫 |
| 地址： | 100854*** | 國(guó)省代碼： | 北京;11 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 固體 火箭 氧化鋁 相變 數(shù)值 模擬 方法 | ||
公開了一種固體火箭噴焰氧化鋁固液相變的數(shù)值模擬方法，包括：獲取氧化鋁在當(dāng)前噴焰高度和噴焰溫度下的固相比熱值和液相比熱值；確定糊狀相氧化鋁中固相氧化鋁和液相氧化鋁的含量；依據(jù)固相氧化鋁和液相氧化鋁的含量、以及氧化鋁的固相比熱值和液相比熱值，確定噴焰中氧化鋁的有效比熱值；利用氧化鋁的有效比熱值模擬固體火箭噴焰中氧化鋁的固液相變過程。本發(fā)明能夠有效的模擬固體火箭噴焰中氧化鋁顆粒固液相變過程所引起的熱力學(xué)變化，提高噴焰流場(chǎng)的數(shù)值模擬精度和以噴焰為目標(biāo)的紅外特性模擬的精度。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及固體火箭尾噴焰流場(chǎng)及目標(biāo)紅外特性建模，尤其涉及一種固體火箭噴焰氧化鋁固液相變的數(shù)值模擬方法。
背景技術(shù)
以下對(duì)本發(fā)明的相關(guān)技術(shù)背景進(jìn)行說明，但這些說明并不一定構(gòu)成本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)。
固體火箭尾噴焰中含有三氧化二鋁(Al2O3)顆粒，是由推進(jìn)劑中的金屬鋁(Al)粉末氧化形成的，Al2O3顆粒的形狀類似球體，其粒徑與發(fā)動(dòng)機(jī)的尺寸和工作狀態(tài)有關(guān)。由于尾噴焰中的Al2O3顆粒是重要的輻射源且有很強(qiáng)的散射作用，而且其存在會(huì)對(duì)氣體流場(chǎng)產(chǎn)生較大的影響，所以在模擬固體火箭尾噴焰時(shí)必須考慮含有Al2O3顆粒的氣固兩相流動(dòng)。
推進(jìn)劑中的金屬鋁質(zhì)量含量約為10％至20％，經(jīng)過燃燒室內(nèi)的氧化過程，金屬鋁轉(zhuǎn)化為Al2O3顆粒的比例超過90％，因此可以認(rèn)為尾噴焰中的顆粒成分為單一的Al2O3。在數(shù)值計(jì)算中，通常假設(shè)噴管和尾噴焰中的Al2O3完全為固態(tài)且不發(fā)生相變。然而實(shí)際上，Al2O3的熔點(diǎn)約為2327K，由于燃燒室出口的溫度很高，Al2O3顆粒一般以液態(tài)的形式存在，因此其形狀多為球形，其顆粒直徑受到燃燒室的內(nèi)彈道狀態(tài)和噴管內(nèi)加速過程以及發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸的影響。液態(tài)的Al2O3顆粒會(huì)在空氣中發(fā)生凝固，由于火箭尾噴焰會(huì)在空氣中發(fā)生二次燃燒，使得噴焰剪切層的溫度大幅上升，當(dāng)溫度高于Al2O3的熔點(diǎn)，部分已經(jīng)轉(zhuǎn)化為固態(tài)的顆粒會(huì)再次融化形成液態(tài)，因此尾噴焰中事實(shí)上會(huì)同時(shí)存在顆粒液態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)、固態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)兩個(gè)過程。固液相變的過程伴隨著相變潛熱的釋放和吸收，且固、液兩相的顆粒液具有不同的物理性質(zhì)，因此相變會(huì)影響氣體和顆粒的的溫度，進(jìn)而影響目標(biāo)的紅外特性。目前Al2O3顆粒相變的模擬方法集中于燃燒室部分，涉及了金屬鋁的氧化過程，然而在尾噴流段，對(duì)于存在的相變過程則多數(shù)予以了忽略，有關(guān)尾噴焰中Al2O3固液相變的數(shù)值模擬方法也是一個(gè)空白。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種固體火箭噴焰氧化鋁固液相變的數(shù)值模擬方法，能夠有效的模擬固體火箭噴焰中氧化鋁顆粒固液相變過程所引起的熱力學(xué)變化，提高噴焰流場(chǎng)的數(shù)值模擬精度和以噴焰為目標(biāo)的紅外特性模擬的精度。
本發(fā)明的固體火箭噴焰氧化鋁固液相變的數(shù)值模擬方法，包括：
獲取氧化鋁在當(dāng)前噴焰高度和噴焰溫度下的固相比熱值和液相比熱值；
確定糊狀相氧化鋁中固相氧化鋁和液相氧化鋁的含量；
依據(jù)固相氧化鋁和液相氧化鋁的含量、以及氧化鋁的固相比熱值和液相比熱值，確定噴焰中氧化鋁的有效比熱值；
利用氧化鋁的有效比熱值模擬固體火箭噴焰中氧化鋁的固液相變過程。
優(yōu)選地，固體火箭噴焰中每個(gè)氧化鋁顆粒的固液相變過程都時(shí)時(shí)處于平衡狀態(tài)。
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