高能燃料燃燒流場(chǎng)的數(shù)值模擬與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).pdf

1、Li/SF6燃料系統(tǒng)所具有的能量密度高、安全無(wú)毒、反應(yīng)過(guò)程穩(wěn)定、不受外界環(huán)境影響等優(yōu)點(diǎn)，無(wú)論是應(yīng)用于水下動(dòng)力系統(tǒng)還是太空推進(jìn)動(dòng)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(shì)，故對(duì)這方面的研究具有重要的實(shí)際意義。
　　 Li/SF6燃燒反應(yīng)過(guò)程是一系列復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，它包括有氣液化學(xué)反應(yīng)、氣氣化學(xué)反應(yīng)以及鋰液和鋰蒸汽的蒸發(fā)和凝結(jié)，還會(huì)有高溫氣體的裂解，燃燒產(chǎn)物中也會(huì)出現(xiàn)氣、液、固三相物質(zhì)，并伴隨著相變。Li/SF6燃燒

2、系統(tǒng)有表面噴射和浸沒(méi)噴射兩種反應(yīng)形式，本文在對(duì)Li/SF6表面噴射系統(tǒng)進(jìn)行非穩(wěn)態(tài)燃燒模擬時(shí)，采用渦耗散模型（Eddy-DissipationModal，簡(jiǎn)稱(chēng)EDM模型）模擬燃燒過(guò)程、湍流模型采用標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)器內(nèi)的溫度分布、燃燒流場(chǎng)的基本情況和生成物的沉降過(guò)程。在數(shù)值模擬過(guò)程中，對(duì)計(jì)算區(qū)域的空間離散化引入貼體坐標(biāo)系統(tǒng)，對(duì)于控制方程采用-階迎風(fēng)格式進(jìn)行離散，壁面處理采用壁面函數(shù)法；采用PI

3、SO算法來(lái)計(jì)算壓力速度耦合問(wèn)題。
　　 通過(guò)對(duì)簡(jiǎn)化的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)內(nèi)燃燒的數(shù)值模擬，得到了反應(yīng)器內(nèi)未反應(yīng)（0.5s）、反應(yīng)初期（2s）和反應(yīng)10s時(shí)的溫度場(chǎng)、壓力場(chǎng)、化學(xué)反應(yīng)速率及各組分分布情況等。通過(guò)比較不同的氧化劑入口質(zhì)量流量和不同的鋰液初始溫度下的計(jì)算結(jié)果，得到了反應(yīng)器內(nèi)液面中心處最高溫度和生產(chǎn)物質(zhì)量在SF6質(zhì)量流量和鋰液初始溫度不同的情況下隨時(shí)間的變化關(guān)系，并進(jìn)行了比較。得到如下結(jié)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(yīng)器內(nèi)的溫度及燃燒產(chǎn)物的量就越多；鋰液初始溫度越高，反應(yīng)器內(nèi)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面本文根據(jù)生成物（LiF和Li2S）、反應(yīng)物（Li和SF6）的性質(zhì)以及本反應(yīng)器的技術(shù)性能指標(biāo)，對(duì)反應(yīng)器的參數(shù)以及罐體的應(yīng)力進(jìn)行了計(jì)算，并進(jìn)行了強(qiáng)度校核。最后針對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的噴嘴堵塞問(wèn)題，分析了產(chǎn)生噴嘴堵塞的具體原因，并提出了采用預(yù)熱SF6、增