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镁基金属燃料热解水反应过程仿真

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发表于 2018-7-8 17:35:43 | 显示全部楼层 |阅读模式
  本文分析了高镁含量金属燃料热解过程、热解产物水反应过程以及两个过程的耦合关系,建立了金属燃料热解/水反应过程数学模型,对燃烧室喷嘴轴向进水方式下的金属燃料热解/水反应过程进行了仿真。通过仿真结果与试验结果的比较,证明数学模型可行,仿真结果可信。研究了金属镁粒径、燃烧室喷嘴进水流量、雾化液滴粒径和雾化锥角等参数对金属燃料热解/水反应过程的影响,为水反应发动机设计提供了一定的理论依据。
  本文针对水反应发动机镁基金属燃料热解和热解产物水反应过程,建立金属燃料热解/水反应模型,研究不同设计参数对金属燃料热解/水反应过程的影响,从而为高金属含量水反应发动机燃烧组织和参数优化提供指导。
  1)分析了高镁含量金属燃料热解过程和热解特性,建立了包括质量守恒方程、化学平衡方程、能量守恒方程和理想气体状态方程在内的热力计算模型,对高镁含量金属燃料的热解进行了热力计算,得到了金属燃料热解数学模型,建立了金属燃料固体域和流体域传热传质的耦合关系。对燃烧室水反应过程中的物理和化学变化进行了分析,建立了包括连续相模型、离散相模型、雾化蒸发模型和燃烧模型的金属燃料水反应过程数学模型。
  2)对金属燃料药柱和燃烧室流场计算域进行了网格划分,选择仿真子模型,通过编写UDF程序对FLUENT进行二次开发,实现了金属燃料药柱固体域与燃烧室流体域的传热传质,设置了仿真边界条件和初始条件,完成了燃烧室喷嘴轴向进水条件下高镁含量金属燃料热解/水反应过程仿真,根据仿真结果计算了燃烧效率,并对轴向进水和径向进水方式下的燃烧室流动、反应特性进行了比较。
  3)设计了旋流器和轴向进水方式喷嘴转接座,对轴向进水方式下的高镁含量金属燃料水反应发动机试验结果进行了处理,通过试验结果与仿真结果的对比分析,验证了仿真模型的可行性和仿线)对不同设计参数下的金属燃料热解/水反应过程进行了仿真计算,得到了金属燃料热解参数和燃烧室温度、组分摩尔分数、反应速率的分布,研究了金属镁粒径、燃烧室喷嘴进水流量、雾化液滴粒径和雾化锥角等参数对金属燃料热解/水反应过程的影响,为发动机参数设计提供了理论依据。
  1)基于相关试验研究中测量的金属燃料燃面温度,假设热解过程中燃面温度不变,建立了包括流体域对药柱燃面热反馈和药柱内部导热的水反应发动机镁基燃料热解数理模型。
  2)建立了水反应发动机金属燃料热解/水反应数理模型,描述了固体燃料热解和热解产物水反应的相互作用关系,通过UDF编程对FLUENT二次开发,实现了固体域和流体域的传热传质。
  3)采用数值仿真手段,研究了金属镁粒径、燃烧室喷嘴进水流量、雾化液滴粒径和雾化锥角等参数对高金属含量燃料热解/水反应过程的影响,得到了金属燃料热解参数和燃烧室流场分布,获得了发动机设计参数的选择依据。
   Nonlinear Dynamic behaviors of a Marine Roto
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