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抑制剂及喷注参数对导弹舱室燃气流场的影响研究

作　者: 卞云龙
导　师: 王革
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 热能工程
关键词: 抑制剂舰船火灾导弹舱室化学反应数值模拟
分类号: U674.70
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

舰船火灾危害巨大，尤其是舱室导弹发生意外点火情况，若不能及时抑制，将会对整个舰船带来巨大危害；导弹意外点火时，为了排导高温高压燃气，舱室排导口必须打开。而排导口打开的同时会有部分舱室外空气从排导口边缘卷吸进入舱室内，带来二次危害。因此，研究抑制剂种类、喷注方式及相关参数对高温燃气流场顺利排导和导弹舱室二次燃烧抑制的影响具有现实意义。本文利用Fluent软件，基于多组分有限速率反应模型，数值模拟了导弹意外点火情况下，不同种类抑制剂、喷注方式和流量对导弹舱室燃气流场排导的影响和二次燃烧的抑制作用，并针对不同工况进行了对比分析。主要结论如下：1.研究了抑制剂喷注方式为2喷嘴对喷情况下，三种不同流量抑制剂对导弹舱室燃气流场的影响，得到m=0.1k g/s时抑制剂的覆盖率最高，可以阻止外界空气卷吸进入舱室；给出了不同种类抑制剂（HALON1301、CO₂抑制剂和IG-100N₂抑制剂）在不同流量情况下对舱室温度的影响。HALON1301抑制剂在m=0.1k g/s时，使得舱室内的最低平均温度降低了约200K，而在m=0.1k g/s时，CO₂抑制剂和IG-100N₂抑制剂使舱室内的最低平均温度降低了分别为150K和100K；获得不同种类、不同流量抑制剂对应导弹舱室气体组分的分布规律。2.研究了抑制剂为4喷嘴对喷情况下， HALON1301抑制剂流量分别m=0.07kg/s和m=0.1k g/s时的覆盖率。抑制剂覆盖率比2喷嘴明显提高，但不利的是其使高温燃气有效排导面积减小，导致舱室压力升高。3.对比了两种不同喷注方式下，燃气流场的变化，得到舱室内的温度及气体组分不仅与抑制剂的种类、流量相关而且与抑制剂的喷注方式有关。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-19
  1.1 研究的背景及意义  11-12
  1.2 舰船以及舰载导弹火灾危害相关研究现状  12-15
    1.2.1 舰船火灾安全研究现状  12-13
    1.2.2 固体火箭发动机尾焰燃烧特性研究现状  13-15
  1.3 抑制剂对受限空间性能影响研究现状  15-17
  1.4 论文研究的主要内容  17-19
第2章舰载导弹射流对导弹舱室的影响  19-37
  2.1 燃气冲击射流理论介绍  19
  2.2 流体力学基本方程  19-21
  2.3 控制方程的离散  21-23
    2.3.1 控制方程的离散方法  21
    2.3.2 控制方程离散使用的网格  21-22
    2.3.3 文中所用控制方程的离散方法  22-23
  2.4 湍流模型  23-25
    2.4.1 概述  23-24
    2.4.2 标准 k -ε两方程模型  24-25
  2.5 求解方法  25-26
  2.6 有限速率反应模型  26
  2.7 研究导弹射流对舱室的影响  26-30
    2.7.1 导弹舱室物理模型  27
    2.7.2 流场计算域  27-28
    2.7.3 假设条件  28
    2.7.4 化学机理  28-29
    2.7.5 边界条件  29-30
  2.8 计算结果与分析  30-35
    2.8.1 排导口出速度场分布  30
    2.8.2 导弹舱室温度场分布  30-32
    2.8.3 导弹舱室反应速率分布  32
    2.8.4 导弹舱室组分分布  32-35
  2.9 本章小结  35-37
第3章抑制剂及其作用机理  37-43
  3.1 抑制剂系统的总体介绍  37-38
  3.2 卤代烷抑制剂  38-40
    3.2.1 HALON1301 抑制剂介绍  38-39
    3.2.2 HALON1301 抑制剂化学机理  39-40
  3.3 惰性气体抑制剂  40-41
    3.3.1 IG-100 抑制剂介绍  40
    3.3.2 IG-100 抑制剂化学机理  40-41
  3.4 CO_2抑制剂  41-42
    3.4.1 CO_2抑制剂介绍  41
    3.4.2 CO_2抑制剂化学反应机理  41-42
  3.5 本章小结  42-43
第4章抑制剂及其参数对导弹舱室燃气流场的影响  43-73
  4.1 计算模型和边界条件  43-47
    4.1.1 导弹舱室物理模型  43-44
    4.1.2 流场计算域  44-45
    4.1.3 初始条件  45-47
    4.1.4 边界条件  47
  4.2 计算过程  47-48
  4.3 计算结果与分析  48-72
    4.3.1 2 喷嘴对喷时不同流量抑制剂的排导口覆盖效果  49-51
    4.3.2 2 喷嘴对喷时不同抑制剂对导弹舱室燃气流场影响  51-61
    4.3.3 2 喷嘴对喷时不同抑制剂对导弹舱室温度影响效果  61-62
    4.3.4 4 喷嘴对喷时 HALON1301 抑制剂对导弹舱室燃气流场影响  62-66
    4.3.5 不同抑制剂喷注方式下导弹舱室燃气流场  66-70
    4.3.6 不同工况下舱室内抑制剂含量的初步确定  70-72
  4.4 本章小结  72-73
结论与展望  73-76
参考文献  76-81
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  81-82
致谢  82

抑制剂及喷注参数对导弹舱室燃气流场的影响研究

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