MMH凝胶液滴蒸发与燃烧过程的数值仿真

张帆, 韩宁, 杜青, 部竞琦, 彭志军

吉林大学学报(工学版) ›› 2024, Vol. 54 ›› Issue (11) : 3114-3124. DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20230049

MMH凝胶液滴蒸发与燃烧过程的数值仿真

  • 张帆, 韩宁, 杜青, 部竞琦, 彭志军
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摘要

本文对耦合甲基肼(MMH)凝胶液滴蒸发模型和MMH/NTO的燃烧动力学机理进行了MMH凝胶液滴蒸发与燃烧过程的数值模拟研究。首先,研究了MMH/NTO的一维对冲火焰和低温零维化学反应动力学过程,发现MMH受热会立刻分解为CH3NNH和H2,MMH/NTO混合物存在两阶段点火现象。进一步在压力为0.5 MPa、温度为1 000 K条件下对MMH/NTO凝胶单液滴的蒸发和燃烧过程进行了一系列仿真模拟,发现了凝胶膜形成、膨胀、破碎过程,以及破碎之后释放的MMH蒸汽与环境中的NTO相互扩散形成非预混的火焰面;同时,液滴半径的变化呈现振荡现象。在凝胶液滴两次破碎时刻之间,由于MMH蒸汽的不断消耗,火焰面处温度也会随之逐渐降低;随着时间的推移,凝胶液滴膨胀-破碎的频率越快,MMH分解放热越频繁,气液交界处温度会随之升高。在一维仿真中,同样发现MMH的两阶段放热过程,NTO的分解吸热导致周围温度略有降低。最后,比较了初始温度和初始压力对燃烧过程的影响,发现环境温度越高,液滴膨胀-破碎频率越快,凝胶液滴的寿命越短;压力增大,火焰面更靠近液滴,与常规液滴蒸发燃烧过程类似。

关键词

动力机械工程 / 凝胶液滴 / 液滴蒸发 / 液滴燃烧 / 甲基肼

中图分类号

TQ038 / TQ028.61 / V31 / V51

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张帆, 韩宁, 杜青, 部竞琦, 彭志军. MMH凝胶液滴蒸发与燃烧过程的数值仿真. 吉林大学学报(工学版). 2024, 54(11): 3114-3124 https://doi.org/10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20230049

基金

173重点基础研究项目; 国家自然科学基金面上项目(51876139)

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