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复合推进剂裂纹流场与点火燃烧特性研究

复合推进剂裂纹流场与点火燃烧特性研究

作者：巩伦昆南京理工大学

学位级别：硕士

本文主要对AP/HTPB复合推进剂的点火特性进行了实验研究,并对裂纹缝间流场特性以及点火过程进行了仿真研究。利用CO2激光点火装置,对丁羟复合推进剂的点火过程进行了研究,利用数据采集系统,测量了不同热流密度下的点火延迟时间;采用固... 详细信息

本文主要对AP/HTPB复合推进剂的点火特性进行了实验研究,并对裂纹缝间流场特性以及点火过程进行了仿真研究。利用CO2激光点火装置,对丁羟复合推进剂的点火过程进行了研究,利用数据采集系统,测量了不同热流密度下的点火延迟时间;采用固相传热方程,计算了点火延迟时间与热流密度的关系;在上述基础上,选择合理的推进剂点火准则,对实验结果进行了分析。对裂纹缝间的流场特性进行了数值仿真研究,包括发动机点火阶段以及燃烧室内已经建立一定的压强两种情况,重点对裂纹缝间的压强特性以及点火过程进行了分析,研究了裂纹宽度等因素对流场的影响。实验结果表明,固相传热模型能够描述丁羟复合推进剂的点火特性,并通过拟合数据得到了熔融层厚度和推进剂表面点火温度;仿真结果显示,在发动机点火期间,在燃气前端会产生激波,对裂纹产生一定的冲击,火焰传播呈现先快后慢的趋势;入口质量流率对流场特性影响不大,而裂纹宽度对点火过程有明显的影响。当裂纹处于一定燃烧室压强的情况下,燃气渗透入裂纹,增压速率很高,裂纹尖端产生较大的压强冲击,同时可能会出现尖端点火现象;燃烧室压强越大,压强冲击越强烈,而裂纹宽度对流场影响并不明显。

关键词：裂纹点火丁羟复合推进剂

不同环境压强下炭黑含量对聚乙烯点火和燃烧性能的影响

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含能材料 2017年第12期25卷 976-981页

作者：杨海涛陈雄相恒升巩伦昆黄波南京理工大学机械工程学院江苏南京210094

为了获得炭黑质量分数和环境压强对固体燃料聚乙烯点火和燃烧性能的影响,加工了不同组分配比的固体燃料样品。以CO2激光器作为点火源研究了它们的点火和燃烧特性。用高速摄影仪记录实验过程。用扫描电子显微镜观测了燃烧后的固体燃料表... 详细信息

为了获得炭黑质量分数和环境压强对固体燃料聚乙烯点火和燃烧性能的影响,加工了不同组分配比的固体燃料样品。以CO2激光器作为点火源研究了它们的点火和燃烧特性。用高速摄影仪记录实验过程。用扫描电子显微镜观测了燃烧后的固体燃料表面形貌。分析了不同环境压强下不同组分配比固体燃料的点火燃烧过程、点火延迟时间和燃速。结果表明,固体燃料聚乙烯的点火过程为典型的气相点火,燃烧火焰属扩散火焰。点火延迟时间随着炭黑的加入急剧缩短,当炭黑质量分数大于20%时,炭黑质量分数的增加对点火延迟时间的影响很小。点火延迟时间随着环境压强的增加缩短,当环境压强大于0.2MPa时,环境压强的增加对点火延迟时间的影响也很小。根据实验结果,采用最小二乘法,拟合得到了环境压强为0.1,0.2,0.3,0.4,0.5MPa时点火延迟时间与炭黑质量分数的函数关系式。固体燃料的燃速随炭黑质量分数的增大而减小,随压强的增大而增大,当炭黑质量分数大于5%时,炭黑质量分数是影响固体燃料燃速的主要因素。

关键词：聚乙烯炭黑含量环境压强点火延迟时间燃速

来流条件对SFRJ燃速及自持燃烧性能的影响

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航空学报 2016年第5期37卷 1428-1439页

作者：巩伦昆陈雄周长省李映坤朱敏南京理工大学机械工程学院南京210094

为了研究来流条件对固体燃料燃速以及自持燃烧性能的影响规律,采用3阶单调迎风格式（MUSCL）重构方法,AUSMPW＋通量分裂格式,k-w剪切应力输运（SST）湍流模型,7组分3反应有限速率化学反应模型以及2阶矩湍流燃烧模型,编制了二维轴对称湍... 详细信息

为了研究来流条件对固体燃料燃速以及自持燃烧性能的影响规律,采用3阶单调迎风格式（MUSCL）重构方法,AUSMPW＋通量分裂格式,k-w剪切应力输运（SST）湍流模型,7组分3反应有限速率化学反应模型以及2阶矩湍流燃烧模型,编制了二维轴对称湍流燃烧仿真程序。仿真结果显示：来流质量流率和总温的增加会提高燃速,温度和质量通量的影响指数大约为0.95-1.00和0.67;来流条件影响燃速的主要机理是壁面附近温度和湍流黏性的变化,其中湍流黏性是主要影响因素;随着质量流率的增加,特征速度逐渐降低,当入口马赫数接近1时,特征速度大约为850m/s,固体燃料将无法自持燃烧。

关键词：固体燃料冲压发动机燃速来流条件数值仿真自持燃烧

结构尺寸对固体燃料冲压发动机燃速影响的仿真研究

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兵工学报 2016年第5期37卷 798-807页

作者：巩伦昆陈雄周长省李映坤朱敏南京理工大学机械工程学院江苏南京210094

为研究结构尺寸对固体燃料冲压发动机燃速的影响规律,采用3阶单调迎风(MUSCL)重构方法,AUSMPW+通量分裂格式,k-w SST湍流模型,7组分3反应有限速率化学反应模型以及2阶矩湍流燃烧模型,编制了二维轴对称湍流燃烧仿真程序,研究入口直径、... 详细信息

为研究结构尺寸对固体燃料冲压发动机燃速的影响规律,采用3阶单调迎风(MUSCL)重构方法,AUSMPW+通量分裂格式,k-w SST湍流模型,7组分3反应有限速率化学反应模型以及2阶矩湍流燃烧模型,编制了二维轴对称湍流燃烧仿真程序,研究入口直径、药柱直径、喷喉直径以及相似结构尺寸对燃速的影响规律。仿真结果表明:入口直径以及药柱直径影响较大,相似结构尺寸的影响相对较小,喷喉直径几乎没有影响;固体燃料冲压发动机结构尺寸影响燃速的主要机理是湍流黏性的变化以及火焰面位置的变化;突扩比对燃速起着关键的作用,燃速与突扩比近似呈线性关系。

关键词：兵器科学与技术固体燃料冲压发动机燃速结构尺寸突扩比

基于多物理场耦合的双脉冲发动机点火过程数值模拟

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航空学报 2017年第4期38卷 75-86页

作者：李映坤韩珺礼陈雄周长省巩伦昆南京理工大学机械工程学院南京210094 北京机电研究所北京100083

为研究双脉冲固体火箭发动机Ⅱ脉冲点火瞬态过程,发展一套多物理场耦合求解器。流体控制方程基于有限体积法求解,时间推进采用双时间步LU-SGS(Lower Upper Symmetric Guass Seidel)方法;固体推进剂表面温度基于耦合传热方法计算;结构动... 详细信息

为研究双脉冲固体火箭发动机Ⅱ脉冲点火瞬态过程,发展一套多物理场耦合求解器。流体控制方程基于有限体积法求解,时间推进采用双时间步LU-SGS(Lower Upper Symmetric Guass Seidel)方法;固体推进剂表面温度基于耦合传热方法计算;结构动力学运动方程基于有限元方法离散,采用经典的Newmark格式进行时间推进,流固耦合采用松耦合算法,并通过算例验证求解器的可靠性。计算结果表明:该求解器能够数值模拟Ⅱ脉冲启动过程中的点火药气体冲击、燃气非定常流动及金属膜片机械响应过程,获得金属膜片的破裂时间和压强;且随着点火质量流率增加,推进剂装药首次点燃时间和金属膜片破裂时间变短,膜片破裂压强降低;金属膜片破裂时间和压强不仅与作用在其表面的压强载荷大小相关,而且与压强载荷加载的过程相关;金属膜片厚度越薄,膜片破裂时间越短,膜片轴向位移越大,膜片破裂压强越低。

关键词：多物理场耦合流固耦合耦合传热点火双脉冲发动机固体火箭发动机数值模拟

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固体燃料冲压发动机自持燃烧的影响因素

航空学报 2017年第7期38卷 148-157页

作者：巩伦昆陈雄李唯暄杨海涛周长省南京理工大学机械工程学院南京210094

采用试验和仿真方法,研究了固体燃料冲压发动机(SFRJ)自持燃烧的主要影响因素。研究结果表明:SFRJ内为典型的扩散火焰,化学反应特征时间与反应物停留特征时间的比值是影响发动机自持燃烧的关键参数,该值越小,扩散火焰越稳定;本文研究工... 详细信息

采用试验和仿真方法,研究了固体燃料冲压发动机(SFRJ)自持燃烧的主要影响因素。研究结果表明:SFRJ内为典型的扩散火焰,化学反应特征时间与反应物停留特征时间的比值是影响发动机自持燃烧的关键参数,该值越小,扩散火焰越稳定;本文研究工况下,较小的后台阶高度即可保证发动机实现自持燃烧,后台阶稳定火焰的物理原因是在固体燃料表面附近形成一个低速区,保证了固体燃料的分解燃烧,当台阶高度为0时,由于化学反应特征时间与反应物停留特征时间的比值迅速增加,SFRJ无法自持燃烧;台阶高度较小时,点火过程会对SFRJ的稳定燃烧产生影响,SFRJ可能会出现熄火复燃现象。

关键词：冲压发动机固体燃料自持燃烧后台阶直连式试验数值仿真

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旋流对固体燃料冲压发动机燃烧过程的影响

航空动力学报 2017年第5期32卷 1250-1258页

作者：李唯暄吕庆山陈雄巩伦昆薛海峰南京理工大学机械工程学院南京210094 中国兵器工业集团公司中国兵器工业导航与控制技术研究所北京100089

针对旋流数对固体燃料冲压发动机燃烧流场的影响,进行了不同旋流数(s=0,0.2,0.4,0.6)工况下固体燃料冲压发动机直连式试验研究,固体燃料采用高密度聚乙烯(HDPE),并对s=0.6和s=0两个工况进行数值仿真研究.试验和数值仿真结果表明:旋流的... 详细信息

针对旋流数对固体燃料冲压发动机燃烧流场的影响,进行了不同旋流数(s=0,0.2,0.4,0.6)工况下固体燃料冲压发动机直连式试验研究,固体燃料采用高密度聚乙烯(HDPE),并对s=0.6和s=0两个工况进行数值仿真研究.试验和数值仿真结果表明:旋流的引入有助于火焰稳定,对提高补燃室压强和燃速有积极作用.在旋流工况下会使药柱表面热流密度高于无旋流,并使燃烧室中的化学反应更加充分.高强度旋流的引入会使燃烧更加充分,燃烧效率有所提高.

关键词：固体燃料冲压发动机旋流数燃速燃烧效率火焰稳定

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丁羟复合推进剂的辐射点火

火炸药学报 2012年第3期35卷 75-79页

作者：巩伦昆王政时鞠玉涛朱国强曹杰南京理工大学机械工程学院江苏南京210094

采用CO2激光点火装置,对丁羟复合推进剂的点火过程进行了实验研究,利用描述固体推进剂物化现象的一维传热模型对复合推进剂的辐射点火特性进行了理论分析。通过最小二乘法拟合实验数据得到了丁羟复合推进剂的点火准则。结果表明,丁羟复... 详细信息

采用CO2激光点火装置,对丁羟复合推进剂的点火过程进行了实验研究,利用描述固体推进剂物化现象的一维传热模型对复合推进剂的辐射点火特性进行了理论分析。通过最小二乘法拟合实验数据得到了丁羟复合推进剂的点火准则。结果表明,丁羟复合推进剂的点火过程主要包括惰性加热及气相点火过程,惰性加热时间和点火延迟时间随热流密度的增大而减小,且随着热流密度的增大,热流密度的影响逐渐降低。固相传热数学模型能够比较准确地描述复合推进剂的辐射点火特性。

关键词：物理化学点火准则丁羟复合推进剂激光点火 CO2激光器点火延迟时间

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环形通道中湍流减阻技术及其机理研究

导弹与航天运载技术 2018年第6期 30-37页

作者：王春光尤军锋许桂阳邓哲巩伦昆西安近代化学研究所西安710065 西安航天动力技术研究所西安710025

为了研究环形通道中顺沟槽方向湍流状态下减阻系数的变化规律,以及其内在机理,将任意形状的沟槽形状表达为一阶傅里叶模式,同时建立该模式的单位化无量纲模型计算不同状态下的压降损失。通过Fluent流场分析软件研究不同的半径、幅值和... 详细信息

为了研究环形通道中顺沟槽方向湍流状态下减阻系数的变化规律,以及其内在机理,将任意形状的沟槽形状表达为一阶傅里叶模式,同时建立该模式的单位化无量纲模型计算不同状态下的压降损失。通过Fluent流场分析软件研究不同的半径、幅值和波数对减阻系数的影响。当内壁半径增大时,环形通道的减阻系数将逐渐趋近于具有相同波数α的直渠道的结果。分别分析内壁与外壁具有沟槽时对减阻系数的影响,并分析二者差别的内在原因。同时研究了内外壁同时具有沟槽时的减阻特性。分析认为,由于几何结构的变化将会导致渠道内流动的重新分布,从而改变流体的速度分布,导致近壁面附近的剪应力变化,从而影响压降的变化,最终导致阻力的变化,该规律为建立减阻几何形状提供了一定参考。

关键词：湍流减阻环形通道重新分布分离-聚合