發(fā)動(dòng)機(jī)排放氫氣點(diǎn)火方法及擴(kuò)散燃燒過程研究.pdf

1、航天發(fā)射任務(wù)中，在發(fā)射準(zhǔn)備階段，對(duì)于使用氫氧燃料的大型液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，在點(diǎn)火前的短時(shí)間里，往往會(huì)有大量氫氣排放至大氣中。采取有效的措施處理發(fā)動(dòng)機(jī)排放出的低溫氫氣，對(duì)于保證發(fā)射場(chǎng)設(shè)備及人員安全，航天器的順利發(fā)射具有重大意義。
　　本文借鑒了國(guó)際上解決該問題時(shí)大都采用的處理形式，即直接燃燒法處理發(fā)動(dòng)機(jī)短時(shí)間里排放出的低溫氫氣，對(duì)比分析了高溫?zé)嵩?、熱射流、明火焰、點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)射流四種點(diǎn)火方法的優(yōu)劣，在綜合對(duì)比常見點(diǎn)火源應(yīng)用場(chǎng)合及點(diǎn)火能力的

2、基礎(chǔ)上，最終的點(diǎn)火方法被確定，即利用其含有大量金屬顆粒的高溫兩相射流場(chǎng)作為點(diǎn)火源引燃排放的氫氣。
　　在利用FLUENT軟件對(duì)點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)高速多相燃?xì)馍淞髁鲌?chǎng)進(jìn)行仿真模擬時(shí)，采用歐拉-拉格朗日方法，氣相求解 Navier-Stokes可壓縮方程組，顆粒相用顆粒軌道模型描述。獲得尾焰射流的溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)，以及高溫顆粒的空間分布情況。同時(shí)對(duì)點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝形式進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化，包括位置、數(shù)量、組合方式，以獲得最佳方案確保點(diǎn)火成功的可靠性。

3、
　　最后借助流體建模及仿真軟件對(duì)變流量變初溫的低溫氫氣擴(kuò)散燃燒過程進(jìn)行三維瞬態(tài)模擬，揭示了燃燒排放過程中組分濃度、溫度和熱輻射的空間分布及變化情況，對(duì)低溫氫氣的安全排放及周圍設(shè)備的熱防護(hù)提供相應(yīng)參考。
　　通過研究發(fā)現(xiàn)：氫的最小點(diǎn)火能在毫焦量級(jí)，點(diǎn)火源溫度大于1100K時(shí)，基本滿足點(diǎn)燃?xì)錃獾臏囟纫?；顆粒直徑對(duì)氣相和顆粒相的溫度影響較大。當(dāng)射流中含多組粒徑的顆粒時(shí)，溫度為1100K的燃?xì)獾戎得嫜厣淞鞣较虻拈L(zhǎng)度約為1.1m；

4、直徑為50μm的顆粒噴出到4.6m處時(shí)，其溫度依然高于1100K，直徑為20μm的顆粒噴出到2.7m時(shí)，其溫度在1100K左右，直徑為10μm的顆粒，在距噴口1.9m的位置處其溫度約為1100K，直徑為5μm的顆粒，在距噴口1.4m的位置處其溫度保持在1100K附近。射流場(chǎng)中存在滿足點(diǎn)燃?xì)錃獾臏囟葏^(qū)域，兩相射流場(chǎng)可作為燃?xì)涞拿浇?。布置多個(gè)偶數(shù)臺(tái)點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)，包抄角為0147.35時(shí)，穩(wěn)定工作后，其高溫尾流場(chǎng)相互作用形成的高溫區(qū)域滿足氫氣臨