高能燃料燃燒流場的數(shù)值模擬與結構設計.pdf

1、Li/SF6燃料系統(tǒng)所具有的能量密度高、安全無毒、反應過程穩(wěn)定、不受外界環(huán)境影響等優(yōu)點，無論是應用于水下動力系統(tǒng)還是太空推進動力系統(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燃燒反應過程是一系列復雜的物理化學過程，它包括有氣液化學反應、氣氣化學反應以及鋰液和鋰蒸汽的蒸發(fā)和凝結，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，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形式，本文在對Li/SF6表面噴射系統(tǒng)進行非穩(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、湍流模型采用標準k-ε模型，固體產(chǎn)物的生成則采用歐拉顆粒模型，從而模擬出反應器內的溫度分布、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系統(tǒng)，對于控制方程采用-階迎風格式進行離散，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。
　　 通過對簡化的反應器結構內燃燒的數(shù)值模擬，得到了反應器內未反應（0.5s）、反應初期（2s）和反應10s時的溫度場、壓力場、化學反應速率及各組分分布情況等。通過比較不同的氧化劑入口質量流量和不同的鋰液初始溫度下的計算結果，得到了反應器內液面中心處最高溫度和生產(chǎn)物質量在SF6質量流量和鋰液初始溫度不同的情況下隨時間的變化關系，并進行了比較。得到如下結果：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，反應器內的溫度及燃燒產(chǎn)物的量就越多；鋰液初始溫度越高，反應器內溫度越高，而燃燒產(chǎn)物的量受鋰液的初始溫度影響很小。
　　 在結構設計方面本文根據(jù)生成物（LiF和Li2S）、反應物（Li和SF6）的性質以及本反應器的技術性能指標，對反應器的參數(shù)以及罐體的應力進行了計算，并進行了強度校核。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，并提出了采用預熱SF6、增