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氧化亚氮喷嘴流动过程与流量特性研究

作 者: 吴里银
导 师: 李清廉
学 校: 国防科学技术大学
专 业: 航空宇航科学与技术
关键词: 氧化亚氮 流量特性 两相流 气液比 分相面积比 供应系统设计 湿周
分类号: V434.1
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
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内容摘要


本文基于氧化亚氮发动机应用设计了液态氧化亚氮供应系统,对氧化亚氮的管路流动特性和喷射状态进行了研究;设计了双组元氧化亚氮喷嘴,通过冷试研究了喷嘴在常压和反压条件下的工作过程和流量特性。液态氧化亚氮供应系统的建成和运行验证了氧化亚氮液态供应系统设计方案的可行性。液态氧化亚氮喷射试验说明氧化亚氮以两相流形态到达喷前并以两相流形式喷出,论文很好地解决了液态氧化亚氮供应时遇到的两相流流量测量问题、管路流动状态判断问题和安全使用问题。采用水和空气混合的方法进行两相流模拟试验,通过试验比较,确定分层流动模型更适用于喷嘴的流量特性研究,并基于该模型提出分相面积比概念和气液比临界点概念;对两相流喷前集合腔压力特性进行研究,发现集合腔压力对两相流中气态介质的流量变化更加敏感;引入湿周的概念,得到了喷嘴缩进长度、出口流程、环缝尺寸和集合腔入口位置等结构参数对喷嘴流量特性的影响规律,并通过不同反压条件下的试验对比,发现反压不会影响结构参数与流量系数之间对应规律;进行反压条件下喷射特性试验,发现反压越高,喷嘴流量系数越大;提出氧化亚氮喷嘴设计方法。

全文目录


摘要  10-11
ABSTRACT  11-12
第一章 绪论  12-18
  1.1 研究背景  12-13
  1.2 国内外研究现状  13-16
    1.2.1 氧化亚氮发动机技术研究现状  13-15
    1.2.2 气液两相流喷嘴研究现状  15-16
  1.3 本文主要工作  16-18
    1.3.1 论文研究的目的和意义  16
    1.3.2 论文主要研究内容  16-17
    1.3.3 论文章节安排  17-18
第二章 试验系统与试验方案  18-32
  2.1 引言  18-19
    2.1.1 喷嘴结构  18
    2.1.2 研究方法  18-19
  2.2 试验系统  19-24
    2.2.1 雾化台系统  19-21
    2.2.2 反压罐系统  21-23
    2.2.3 两相流模拟系统  23-24
  2.3 试验件  24-29
    2.3.1 喷前流态观察试验件  24-25
    2.3.2 液态氧化亚氮喷射试验件  25
    2.3.3 喷嘴及喷嘴设计  25-29
  2.4 试验方案  29-31
    2.4.1 状态观测试验  29-30
    2.4.2 流量特性试验  30-31
  2.5 小结  31-32
第三章 氧化亚氮供应技术研究  32-44
  3.1 气态氧化亚氮供应技术  32-35
    3.1.1 气态贮存/气态供应技术  32-34
    3.1.2 液态贮存/气态供应技术  34-35
  3.2 液态氧化亚氮供应技术  35-41
    3.2.1 设计指标和要求  35
    3.2.2 设计难点  35
    3.2.3 解决方法  35-36
    3.2.4 系统结构  36-41
  3.3 液态供应实验  41-42
  3.4 小结  42-44
第四章 氧化亚氮两相流态观测研究  44-53
  4.1 两相流概念  44-46
    4.1.1 两相流基本参数  44-45
    4.1.2 两相流基本流型  45-46
  4.2 流态观测方法  46-47
  4.3 模拟两相流的喷前状态  47-50
    4.3.1 不稳定的喷前状态  47-49
    4.3.2 稳定的喷前状态  49-50
  4.4 液态氧化亚氮喷射状态  50-52
    4.4.1 试验结果  50
    4.4.2 结果分析  50-52
  4.5 小结  52-53
第五章 常压下流量特性研究  53-71
  5.1 两相流理论流量计算方法  53-56
    5.1.1 均匀流动模型  53-54
    5.1.2 分层流动模型  54-56
  5.2 流量系数计算  56-61
    5.2.1 音速喷嘴标定  56-59
    5.2.2 基于均匀流动模型的流量系数  59-60
    5.2.3 基于分层流动模型的流量系数  60-61
    5.2.4 两种模型计算结果比较  61
  5.3 集合腔压力变化规律  61-65
    5.3.1 液体流量的影响  62-63
    5.3.2 气体流量的影响  63-64
    5.3.3 总流量的影响  64
    5.3.4 气液比的影响  64-65
  5.4 流量随气液比变化规律  65-66
  5.5 流量系数变化规律  66-69
    5.5.1 气液比的影响  66-68
    5.5.2 分相面积比的影响  68-69
  5.6 小结  69-71
第六章 反压及结构参数对流量特性的影响  71-80
  6.1 常压下结构参数对流量系数的影响  71-74
    6.1.1 缩进长度的影响  71-72
    6.1.2 出口环缝尺寸的影响  72-73
    6.1.3 内喷嘴的影响  73-74
  6.2 反压对流量特性的影响  74-77
    6.2.1 反压条件下喷嘴流量  74-76
    6.2.2 反压对流量系数的影响  76-77
  6.3 反压条件下结构参数对流量系数的影响  77-78
    6.3.1 缩进长度的影响  77-78
    6.3.2 环缝尺寸的影响  78
  6.4 氧化亚氮/甲苯喷嘴设计准则  78-79
    6.4.1 参数设计  78-79
    6.4.2 尺寸设计  79
  6.5 小结  79-80
结束语  80-82
致谢  82-83
参考文献  83-87
作者在学期间取得的学术成果  87

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中图分类: > 航空、航天 > 航天(宇宙航行) > 推进系统(发动机、推进器) > 液体推进剂火箭发动机 > 原理和计算
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