[发明专利]一种组合发动机燃烧室内多股流动混合燃烧的计算方法

摘要

本发明提供一种组合发动机燃烧室内多股流动混合燃烧的计算方法，首先构建一种适用于组合发动机燃烧室性能分析的单流管Euler方程模型。然后采用三个单流管模型分别代表火箭基组合发动机燃烧室内中心富燃燃气、空气来流以及混合层，把燃料添加、壁面摩擦、壁面传热、燃烧反应、面积变化、流动混合等因素作为源项置于Euler方程模型的右端。对构建的各单流管模型进行计算求解。本发明解决了设计阶段对不同构型方案及工况下燃烧室性能的快速评估问题。该计算方法能够在单机上获得燃烧室性能参数(速度、静温和静压等分布曲线)，为设计者计算发动机性能提供燃烧室出口参数，具有精度可靠、使用简单、实用性强等优点。

主权项

1.一种组合发动机燃烧室内多股流动混合燃烧的计算方法，其特征在于：所述组合发动机为火箭基组合发动机，火箭基组合发动机燃烧室的内部流管是预燃室的中心富燃燃气流，火箭基组合发动机燃烧室的外围流管是进气道的空气来流，中心富燃燃气流与空气来流两者相互作用形成的混合层是中间流管，设其分别为流管1、流管2和流管3；流管1初始半径为R1，初始参数包括中心富燃燃气流的速度u₁，中心富燃燃气流的压力p₁，中心富燃燃气流的温度T₁，中心富燃燃气流中的组分Y_1i；流管2初始半径为R2，初始参数包括空气来流的速度u₂，空气来流的压力p₂，空气来流的温度T₂，空气来流的组分Y_2i；流管3厚度δ逐渐增长；燃烧室构型沿流向面积变化已知；首先构建一种适应于组合发动机燃烧室性能分析的单流管Euler方程模型，该模型包括公式(1)，(2)，(3)和(4)，该四个公式分别对应流管的质量、动量、能量和组分的控制方程：其中t为时间；x为流管沿发动机流向距离；u为流管中的流动速度；ρ为流管中的流体密度；p为流管中的压强；A为流管的面积；F_w为流管受到的壁面摩擦力；m_f为流管中单位时间的燃料喷注质量；m_r为流管中单位时间化学反应的生成物质量；m_s为流管中单位时间混合层交换的质量；u_f为流管中燃料喷注的流向速度；u_s为流管中混合层质量交换的流向速度；e为流管中流体的内能；q_w为流管中单位时间壁面的换热量；q_r为流管中单位时间化学反应的放热量；e_f为流管中燃料喷注的内能；e_s为流管中混合层流体交换的内能；Y_i为流管中组分i的质量分数；Y_fi为流管中燃料喷注组分i的质量分数；Y_si为流管中混合层流体交换组分i的质量分数；Y_ri为流管中化学反应物组分i的质量分数；然后，采用三个单流管模型分别代表火箭基组合发动机燃烧室内中心富燃燃气流、空气来流以及混合层，对构建的各单流管模型进行计算求解，包括以下步骤：S1对于给定的火箭基组合发动机，输入其燃烧室入口参数，确定燃烧室型面及喷注参数；S2采用三个流管模型分别代表火箭基组合发动机燃烧室内中心富燃燃气流、空气来流以及混合层，对火箭基组合发动机燃烧室内各个流管进行流向的网格划分和初始化赋值；S3计算火箭基组合发动机燃烧室内各流管Euler方程右侧的源项，其中各流管Euler方程右侧源项采用一阶迎风格式计算；S4计算各流管Euler方程左侧的空间对流项；S5对各流管参数进行更新结合S3至S4中方程左侧和右侧各项的计算结果，能够得到流场参数的时间变化项，即在一个时间步内各个参数的变化量，进而对各流管的参数进行更新；S6根据各流管压力对中心富燃燃气流、空气来流以及混合层的流道面积进行调整；S7.重复S3‑S6，直到各流管参数稳定。