高能燃料燃燒流場的數(shù)值模擬與結(jié)構(gòu)設(shè)計.pdf

1、Li/SF6燃料系統(tǒng)所具有的能量密度高、安全無毒、反應(yīng)過程穩(wěn)定、不受外界環(huán)境影響等優(yōu)點，無論是應(yīng)用于水下動力系統(tǒng)還是太空推進(jìn)動力系統(tǒng)或是在其它特殊環(huán)境下，該系統(tǒng)都具有比較明顯的優(yōu)勢，故對這方面的研究具有重要的實際意義。
　　 Li/SF6燃燒反應(yīng)過程是一系列復(fù)雜的物理化學(xué)過程，它包括有氣液化學(xué)反應(yīng)、氣氣化學(xué)反應(yīng)以及鋰液和鋰蒸汽的蒸發(fā)和凝結(jié)，還會有高溫氣體的裂解，燃燒產(chǎn)物中也會出現(xiàn)氣、液、固三相物質(zhì)，并伴隨著相變。Li/SF6燃燒

2、系統(tǒng)有表面噴射和浸沒噴射兩種反應(yīng)形式，本文在對Li/SF6表面噴射系統(tǒng)進(jìn)行非穩(wěn)態(tài)燃燒模擬時，采用渦耗散模型（Eddy-DissipationModal，簡稱EDM模型）模擬燃燒過程、湍流模型采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型，固體產(chǎn)物的生成則采用歐拉顆粒模型，從而模擬出反應(yīng)器內(nèi)的溫度分布、燃燒流場的基本情況和生成物的沉降過程。在數(shù)值模擬過程中，對計算區(qū)域的空間離散化引入貼體坐標(biāo)系統(tǒng)，對于控制方程采用-階迎風(fēng)格式進(jìn)行離散，壁面處理采用壁面函數(shù)法；采用PI

3、SO算法來計算壓力速度耦合問題。
　　 通過對簡化的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)內(nèi)燃燒的數(shù)值模擬，得到了反應(yīng)器內(nèi)未反應(yīng)（0.5s）、反應(yīng)初期（2s）和反應(yīng)10s時的溫度場、壓力場、化學(xué)反應(yīng)速率及各組分分布情況等。通過比較不同的氧化劑入口質(zhì)量流量和不同的鋰液初始溫度下的計算結(jié)果，得到了反應(yīng)器內(nèi)液面中心處最高溫度和生產(chǎn)物質(zhì)量在SF6質(zhì)量流量和鋰液初始溫度不同的情況下隨時間的變化關(guān)系，并進(jìn)行了比較。得到如下結(jié)果：燃燒高溫區(qū)域存在于鋰液面中心處；固體燃燒

4、產(chǎn)物沿中心軸下沉并沉積到容器底部；氧化劑入口流量越大，反應(yīng)器內(nèi)的溫度及燃燒產(chǎn)物的量就越多；鋰液初始溫度越高，反應(yīng)器內(nèi)溫度越高，而燃燒產(chǎn)物的量受鋰液的初始溫度影響很小。
　　 在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面本文根據(jù)生成物（LiF和Li2S）、反應(yīng)物（Li和SF6）的性質(zhì)以及本反應(yīng)器的技術(shù)性能指標(biāo)，對反應(yīng)器的參數(shù)以及罐體的應(yīng)力進(jìn)行了計算，并進(jìn)行了強度校核。最后針對試驗過程中出現(xiàn)的噴嘴堵塞問題，分析了產(chǎn)生噴嘴堵塞的具體原因，并提出了采用預(yù)熱SF6、增