武第五章燃气在燃烧室中的流动过程.ppt

固体火箭发动机原理,固体火箭发动机原理,第五章燃气在燃烧室中的流动过程,燃气流动的控制方程组 燃气流动控制方程组的简化 燃气在等截面装药通道中的流动 燃气在截面急剧变化通道中的流动自学,燃烧室内流动过程与推进剂燃烧过程耦合在一起相互作用、相互影响，是含化学反应的复杂流动： 燃面是燃气生成源，不断生成新燃气加入通道； 燃面以一定速度沿内法线方向退移，通道截面积逐渐扩大； 退移速度（燃速）与燃气流动参数（p、V等）和发动机工作条件（Ti、ag、dp/dt）密切相关； 金属推进剂，燃烧产物是含凝聚相和气相的混合物。,第五章 燃气在燃烧室中的流动过程,装药燃面上的燃烧过程瞬时完成，新生成燃气沿燃面外法线注入通道主流后即与主流均匀混合，流动中无化学反应；新生成燃气总焓、化学组分和热力学性质与主流完全相同； 新生成燃气和主流均为无黏、纯气相、比热容为常数的理想气体；燃气与固体壁面无摩擦； 准一维流动，允许通道截面积沿流动方向发生不大的变化； 燃气与外界无热和功的交换流动绝热； 忽略重力等彻体力对流动的影响。,基本假设,第五章 燃气在燃烧室中的流动过程,无黏理想气体一维非定常绝热可压缩有质量添加流动,流动模型,第五章 燃气在燃烧室中的流动过程,第一节 燃气流动的控制方程组,控制体,连续方程,第五章 燃气在燃烧室中的流动过程,第一节 燃气流动的控制方程组,控制体内质量增量,+,=,流入质量,流出质量,燃烧生成质量,动量方程,第五章 燃气在燃烧室中的流动过程,第一节 燃气流动的控制方程组,控制体内动量增量,+,=,流入动量,流出动量,外力合力的冲量,生成燃气携带 的x方向动量,+,能量方程,第五章 燃气在燃烧室中的流动过程,第一节 燃气流动的控制方程组,控制体内储能增量,+,=,流入储能,流出储能,外力合力的功,生成燃气 携带的总焓,+,几何燃烧方程,第五章 燃气在燃烧室中的流动过程,第一节 燃气流动的控制方程组,通道截面积变化与燃烧表面积变化之间的关系,状态方程,流动控制方程组,第五章 燃气在燃烧室中的流动过程,第一节 燃气流动的控制方程组,求解五个流动参数 p、T、V、Ap,准定常流动假设,第五章 燃气在燃烧室中的流动过程,第二节 燃气流动控制方程组的简化,点火启动与推力终止（熄火）是典型的瞬态过程，必须使用非定常流动控制方程组描述； 在其余大部分工作时间内，流动参数随时间的变化很小，可以忽略流动的非定常性简化为准定常流动； 准定常流动假设本质：用一系列微小时间间隔内的定常流代替变化缓慢的非定常流，每一个时间间隔内的流动参数冻结，不随时间变化准定常流在不同时刻对应着含不同冻结流动参数的控制方程组，在全部时间内流动参数仍可以随时间变化。,准定常流动假设,第五章 燃气在燃烧室中的流动过程,第二节 燃气流动控制方程组的简化,燃烧室内一维准定常流动的简化条件：,燃气流速远小于当地的声速,推进剂密度远大于燃气密度,流动发生显著变化的时间远小于燃烧时间,或,截面积变化远小于截面积,或,燃气滞留时间,一维准定常流动控制方程组,第五章 燃气在燃烧室中的流动过程,第二节 燃气流动控制方程组的简化,求解四个流动参数 p、T、V,或,推导思路,第五章 燃气在燃烧室中的流动过程,第三节 燃气在等截面装药通道中的流动,由于存在侵蚀燃烧效应，燃速沿装药逐渐增大，初始等截面装药通道变成变截面通道； 引入平均燃速，认为装药通道各截面具有相同的平均燃速装药通道始终是等截面的； 平均燃速 基于燃气生成率相同来定义：,装药通道燃面长度,装药通道周长,平均燃速,思路：首先推导流动参数与速度系数的关系，再通过沿x的分布推导流动参数变化规律。,速度系数与速度V的关系,第五章 燃气在燃烧室中的流动过程,第三节 燃气在等截面装药通道中的流动,速度系数定义,流速,临界声速,滞止温度 或燃烧温度,流动模型,第五章 燃气在燃烧室中的流动过程,第三节 燃气在等截面装药通道中的流动,滞 止 状 态,等截面装药通道一维准定常流动控制方程组,第五章 燃气在燃烧室中的流动过程,第三节 燃气在等截面装药通道中的流动,微 分 形 式,积 分 形 式,温度T与速度系数的关系,第五章 燃气在燃烧室中的流动过程,第三节 燃气在等截面装药通道中的流动,压强p与速度系数的关系,密度与速度系数的关系,第五章 燃气在燃烧室中的流动过程,第三节 燃气在等截面装药通道中的流动,总压p0与速度系数的关系,等截面装药通道中流动参数的变化,第五章 燃气在燃烧室中的流动过程,第三节 燃气在等截面装药通道中的流动,TT1,p0p1,pp1,1,速度系数与通道长度x的变化,第五章 燃气在燃烧室中的流动过程,第三节 燃气在等截面装药通道中的流动,以侵蚀公式为()时为例,燃速公式,截面ii前的燃气质量生成率,速度系数与通道长度x的变化,第五章 燃气在燃烧室中的流动过程,第三节 燃气在等截面装药通道中的流动,定义截面11与截面ii间的平均压强和平均侵蚀比,平均压强,平均侵蚀比,燃气质量 生成率,速度系数与通道长度x的变化,第五章 燃气在燃烧室中的流动过程,第三节 燃气在等截面装药通道中的流动,通过截面ii的燃气质量流率,代入定义,速度系数与通道长度x的变化,第五章 燃气在燃烧室中的流动过程,第三节 燃气在等截面装药通道中的流动,准定常流动,用于装药末端22截面,复杂 迭代计算,速度系数与通道长度x的变化,第五章 燃气在燃烧室中的流动过程,第三节 燃气在等截面装药通道中的流动,近似计算,+ 级数展开,通气参量沿装药线性变化,几个特征压强比的近似表