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具有倾斜燃面的固体火箭发动机内流场解析解与数值解的分析比较

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运用解析方法与数值模拟方法,对具有倾斜燃面的固体火箭发动机内流场进行了研究。解析部分以二维不可压欧拉方程为基础,假设燃气稳定流动、有旋、无粘、等温、不可压,并不考虑化学反应,得到了涡量-流函数方程,通过运用摄动法求解该非线性方程,得到了燃烧室内速度场、压力场以及涡量场的解。数值模拟采用Fluent软件层流模型与标准κ-ε模型,针对不同雷诺数下的情况,选择不同的模型对该问题进行了二维数值模拟,数值解法的简化假设及数值模型设置同解析解法。运用这2种方法主要研究了不同燃面倾斜角α与平直燃面长度L下燃烧室内速度场、压力场以及涡量场。结果表明,解析解与数值解基本吻合,只是由于解析解采用了无粘模型以及一系列假设而使两者在某些区域略有差别,这进一步验证了Clayton研究轴向压力梯度与燃面涡量关系的方法。此外,尽管解析解运算起来比数值解快捷,但是其表达式过于繁琐,且仅当发动机参数处在有效范围内解析解才正确。燃面倾斜角α与平直燃面长度L对燃烧室内流场具有很重要的影响,只是α对于流场的影响没有L对流场的影响大。

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