蒸汽爆炸推进机理的研究

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本文应用数值模拟方法对蒸汽爆炸推进的机理进行了研究。基于水的蒸汽爆炸过程与相关理论、流体力学基本方程、沸腾核化机理、以及两相流基本理论等,建立了蒸汽爆炸推进数值模型,对蒸汽爆炸推进模型的推进过程进行了比较系统的研究。对模型内流体的流场结构以及几个关键监测点处的压力变化规律、弹底压力、弹丸速度等技术指标进行了分析。为模型设定了3种初始温度和3种充装量(液相区体积与推进腔体容积的比例),对不同初始条件下的蒸汽爆炸推进过程流场结构的特性与推进效果进行了对比研究。分析了不同初始条件对蒸汽爆炸推进特性的影响,研究了蒸汽爆炸推进流场结构特点、监测点压力变化规律、弹底压力与弹丸速度等参数随初始条件发生变化的规律。结合相关理论分析和数值研究结果,得到结论如下:1、初始温度523k,充装量30%的蒸汽爆炸推进模型中,在过程开始后极短的时间内,液相区内部从液面开始产生大量气泡,液相区由于过热发生沸腾,压力骤然升高可达3倍以上。弹丸受推力而运动,到达发射管出口时速度为265m/s。2、液相区初始温度对蒸汽爆炸推进特性具有显著影响,蒸汽爆炸导致的液相区压力升高随初始温度升高而增大,但压力升高倍数减小,几个监测点压力峰值随初始温度升高而增大。弹丸速度在初始温度为523k、573k、623k时可以分别达到265m/s301m/s、345m/s。3、充装量的不同对推进效果具有显著影响,蒸汽爆炸导致液相区压力升高倍数随充装量增大而增加,弹丸速度在充装量为30%、50%、70%时下分别达到了301m/s、325m/s和367m/s。通过对蒸汽爆炸推进过程的理论分析与数值模拟研究,获得了蒸汽爆炸推进过程的物理特征和相关技术参数,研究结果显示蒸汽爆炸推进具有一定的技术应用价值。
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