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    188宝金博页面版: 甲烷发动机推力室再生冷却耦合传热数值研究

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    内容提示： 2016年第 1期 总第343期 导 弹 与 航 天 运 载 技 术 MISSILES AND SPACE VEHICLES No．1 2016 Sum No．343 文章编号：1004—7182(2016)01-0057—04 DOI：10．76540．issn．1004—7182．201601 13 液氧／甲烷发动机推力室再生冷却耦合传热数值研究 姬威信，孙纪国 (北京航天动力研究所，北京，100076) 摘要：为了解液氧／甲烷火箭发动机推力室再生冷却的换热特点，采用数值模拟的方法，对液体火箭发动机推力室身部燃 气与室壁间的对流、辐射换热以及通过室壁的导热、冷却剂与冷却通道问的对流换热进行 了三维耦合数值计算。在计算中， 假定推力室内流动为冻结流动，考虑了跨临界甲烷物性...

    文档格式：PDF | 页数：4 | 浏览次数：73 | 上传日期：2016-08-11 04:23:20 | 文档星级：
    2016年第 1期 总第343期 导 弹 与 航 天 运 载 技 术 MISSILES AND SPACE VEHICLES No．1 2016 Sum No．343 文章编号：1004—7182(2016)01-0057—04 DOI：10．76540．issn．1004—7182．201601 13 液氧／甲烷发动机推力室再生冷却耦合传热数值研究 姬威信，孙纪国 (北京航天动力研究所，北京，100076) 摘要：为了解液氧／甲烷火箭发动机推力室再生冷却的换热特点，采用数值模拟的方法，对液体火箭发动机推力室身部燃 气与室壁间的对流、辐射换热以及通过室壁的导热、冷却剂与冷却通道问的对流换热进行 了三维耦合数值计算。在计算中， 假定推力室内流动为冻结流动，考虑了跨临界甲烷物性随温度和压力的变化。针对某甲烷再生冷却推力室进行 CFD计算，计 算结果与实验数据吻合较好。 关键词：液体火箭发动机；推力室；再生冷却；耦合传热 中图分类号：V434 文献标识码：A Numerical Simulation of Regenerative Cooling Conj ugate Heat Transfer of LOX／M ethane Rocket Engine Thrust Chamber Ji W ei—xin，Sun Ji—guo (BeOing Aerospace Propulsion Institute，Beijing，1 00076) Abstract：st udy the characteristic of regenerative cooling heat transfer of the LOX／Methane rocket engine thrust chamber, three-dim ensional convection，radiation heat t ransfer between the hot gas and t he wall，heat conduction through t he wall，convection bet w een coolant a nd cooling channel of liquid rocket engine thrust chamber were nu m er ically investigated．Dur ing the calculation， suppose t he f luid of t he thrust chamber is~ozen f low and consider t he cha nges of t hermophysical properties of t he t ra n s-cr itical CH4 with both temperature and pressure．This paper calculates a methane regenerative cooled thrust cha m ber by CFD，t he simulation results were matched well with exper imental data． Key words：Liquid rocket engine；Thrust chamber；Regenerative cooling；Conjugate heat t ransfer 0 引 言 甲烷资源丰富、价格便宜，与液氢同属低温推进剂， 沸点为一161℃，其维护使用条件与液氢基本相同；密 度是液氢的 6倍，液氧／甲烷组合具有较大的密度 比冲； 比热高，是 良好的冷却剂，且无毒无污染，是航天动力 理想 的燃料。与传统液体火箭发动机相 比，液氧／甲烷 发动机兼有液氧／液氢发动机和液氧／煤油发动机 的优 点，综合性能好，成本低、可靠性高、重复使用、维护 方便，是极具发展潜力的航天动力?。因此，世界各主 要航天大国均对液氧／甲烷发动机进行 了研究【 2 J。 推力室设计和计算是液氧／甲烷发动机 的关键技术 之一 。由于 甲烷临界温度较高，达到 190 K，而 以甲烷 作冷却剂的发动机冷却通道入 口温度较低 ，在冷却通 道内甲烷处于跨临界状态工作 ，在临界温度附近 甲烷 物性变化剧烈，因而 甲烷冷却剂在发动机冷却通道中 的工作状况十分复杂 。在对液氧／甲烷发动机推力室再 生冷却身部进行设计和热分析时，考虑 甲烷物性 的变 化十分必要。王亚洲【6J等研究了超临界压力下低温 甲烷 在水平圆管中的湍流流动和传热过程：康玉东【7J考虑火 箭发动机冷却通道 的实际构型研究 了跨 临界 甲烷的流 动换热。 本文 以 Fluent作为求解器，结合用户 自定义 函数 和 C语言将 甲烷物性变化编译进计算模型，对某 甲烷 再生冷却推力室进行三维整场流动与传热耦合数值模 拟，获得了推力室身部的流场和温度场分布，并与实 验结果进行了对 比验证。 1 计算模型和数值方法 本 文研究 的 甲烷再 生冷却推 力室 ，由低温 气氢 (～120 K)、液氧组织燃烧，身部由甲烷进行逆流冷却。 收稿日期：2015—01．19；修回日期：2015—09．19 作者简介：姬威信 (1989一)，男，助理工程师，主要从事液体火箭发动机推力室热分析方向的研究

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