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1、固体火箭发固体火箭发动机原理动机原理固体火箭发动机原理固体火箭发动机原理第五章燃气在燃烧室第五章燃气在燃烧室中的流动过程中的流动过程l l燃气流动的控制方程组燃气流动的控制方程组燃气流动的控制方程组燃气流动的控制方程组l l燃气流动控制方程组的简化燃气流动控制方程组的简化燃气流动控制方程组的简化燃气流动控制方程组的简化l l燃气在等截面装药通道中的流动燃气在等截面装药通道中的流动燃气在等截面装药通道中的流动燃气在等截面装药通道中的流动l l燃气在截面急剧变化通道中的流燃气在截面急剧变化通道中的流燃气在截面急剧变化通道中的流燃气在截面急剧变化通道中的流动动动动自学自学自学自学l燃烧室内流动过程与
2、推进剂燃烧过程耦合在一起相互作用、燃烧室内流动过程与推进剂燃烧过程耦合在一起相互作用、相互影响，是含化学反应的复杂流动：相互影响，是含化学反应的复杂流动：燃面是燃气生成源，不断生成新燃气加入通道；燃面是燃气生成源，不断生成新燃气加入通道；燃面以一定速度沿内法线方向退移，通道截面积逐渐燃面以一定速度沿内法线方向退移，通道截面积逐渐扩大；扩大；退移速度（燃速）与燃气流动参数（退移速度（燃速）与燃气流动参数（p、V等）和发动等）和发动机工作条件（机工作条件（Ti、ag、dp/dt）密切相关；）密切相关；金属推进剂，燃烧产物是含凝聚相和气相的混合物。金属推进剂，燃烧产物是含凝聚相和气相的混合物。第五章
3、第五章 燃气在燃烧室中的流动过程燃气在燃烧室中的流动过程l装药燃面上的燃烧过程瞬时完成，新生成燃气沿燃面外法线装药燃面上的燃烧过程瞬时完成，新生成燃气沿燃面外法线注入通道主流后即与主流均匀混合，流动中无化学反应；新注入通道主流后即与主流均匀混合，流动中无化学反应；新生成燃气总焓、化学组分和热力学性质与主流完全相同；生成燃气总焓、化学组分和热力学性质与主流完全相同；l新生成燃气和主流均为无黏、纯气相、比热容为常数的理想新生成燃气和主流均为无黏、纯气相、比热容为常数的理想气体；燃气与固体壁面无摩擦；气体；燃气与固体壁面无摩擦；l准一维流动，允许通道截面积沿流动方向发生不大的变化；准一维流动，允许通
4、道截面积沿流动方向发生不大的变化；l燃气与外界无热和功的交换燃气与外界无热和功的交换流动绝热；流动绝热；l忽略重力等彻体力对流动的影响。忽略重力等彻体力对流动的影响。基本假设基本假设第五章第五章 燃气在燃烧室中的流动过程燃气在燃烧室中的流动过程流动模型流动模型第五章第五章 燃气在燃烧室中的流动过程燃气在燃烧室中的流动过程第一节第一节 燃气流动的控制方程组燃气流动的控制方程组xpVTAp控制体控制体连续方程连续方程第五章第五章 燃气在燃烧室中的流动过程燃气在燃烧室中的流动过程第一节第一节 燃气流动的控制方程组燃气流动的控制方程组动量方程动量方程第五章第五章 燃气在燃烧室中的流动过程燃气在燃烧室中
5、的流动过程第一节第一节 燃气流动的控制方程组燃气流动的控制方程组能量方程能量方程第五章第五章 燃气在燃烧室中的流动过程燃气在燃烧室中的流动过程第一节第一节 燃气流动的控制方程组燃气流动的控制方程组几何燃烧方程几何燃烧方程第五章第五章 燃气在燃烧室中的流动过程燃气在燃烧室中的流动过程第一节第一节 燃气流动的控制方程组燃气流动的控制方程组l通道截面积变化与燃烧表面积变化之间的关系通道截面积变化与燃烧表面积变化之间的关系状态方程状态方程流动控制方程组流动控制方程组第五章第五章 燃气在燃烧室中的流动过程燃气在燃烧室中的流动过程第一节第一节 燃气流动的控制方程组燃气流动的控制方程组准定常流动假设准定常流
6、动假设第五章第五章 燃气在燃烧室中的流动过程燃气在燃烧室中的流动过程第二节第二节 燃气流动控制方程组的简化燃气流动控制方程组的简化l点火启动与推力终止（熄火）是典型的瞬态过程，必须使用点火启动与推力终止（熄火）是典型的瞬态过程，必须使用非定常流动控制方程组描述；非定常流动控制方程组描述；l在其余大部分工作时间内，流动参数随时间的变化很小，可在其余大部分工作时间内，流动参数随时间的变化很小，可以忽略流动的非定常性以忽略流动的非定常性简化为准定常简化为准定常流动；流动；l准定常流动假设本质：准定常流动假设本质：用一系列微小时间间隔内的定常流代用一系列微小时间间隔内的定常流代替变化缓慢的非定常流，每
7、一个时间间隔内的流动参数冻结，替变化缓慢的非定常流，每一个时间间隔内的流动参数冻结，不随时间变化不随时间变化准定常流在不同时刻对应着含不同冻结流准定常流在不同时刻对应着含不同冻结流动参数的控制方程组，在全部时间内流动参数仍可以随时间动参数的控制方程组，在全部时间内流动参数仍可以随时间变化。变化。准定常流动假设准定常流动假设第五章第五章 燃气在燃烧室中的流动过程燃气在燃烧室中的流动过程第二节第二节 燃气流动控制方程组的简化燃气流动控制方程组的简化l燃烧室内一维准定常流动的简化条件：燃烧室内一维准定常流动的简化条件：燃气流速远小于当地的声速燃气流速远小于当地的声速推进剂密度远大于燃气密度推进剂密度
8、远大于燃气密度流动发生显著变化的时间远小于燃烧时间流动发生显著变化的时间远小于燃烧时间或或截面积变化远小于截面积截面积变化远小于截面积或或燃气滞留时间燃气滞留时间一维准定常流动一维准定常流动控制方程组控制方程组第五章第五章 燃气在燃烧室中的流动过程燃气在燃烧室中的流动过程第二节第二节 燃气流动控制方程组的简化燃气流动控制方程组的简化或或推导思路推导思路第五章第五章 燃气在燃烧室中的流动过程燃气在燃烧室中的流动过程第三节第三节 燃气在等截面装药通道中的流动燃气在等截面装药通道中的流动l由于存在侵蚀燃烧效应，燃速沿装药逐渐增大，初始等截面由于存在侵蚀燃烧效应，燃速沿装药逐渐增大，初始等截面装药通道
9、变成变截面通道；装药通道变成变截面通道；l引入平均燃速，认为装药通道各截面具有相同的平均燃速引入平均燃速，认为装药通道各截面具有相同的平均燃速装药通道始终是等截面的；装药通道始终是等截面的；l平均燃速平均燃速 基于燃气生成率相同来定义：基于燃气生成率相同来定义：装药通道燃面长度装药通道燃面长度装药通道周长装药通道周长平均燃速平均燃速l思路：首先推导流动参数与速度系数思路：首先推导流动参数与速度系数的关系，再通过的关系，再通过沿沿x的的分布推导流动参数变化规律。分布推导流动参数变化规律。速度系数速度系数与速度与速度V的关系的关系第五章第五章 燃气在燃烧室中的流动过程燃气在燃烧室中的流动过程第三节
10、第三节 燃气在等截面装药通道中的流动燃气在等截面装药通道中的流动l速度系数定义速度系数定义流速流速临界声速临界声速滞止温度滞止温度或燃烧温度或燃烧温度流动模型流动模型第五章第五章 燃气在燃烧室中的流动过程燃气在燃烧室中的流动过程第三节第三节 燃气在等截面装药通道中的流动燃气在等截面装药通道中的流动滞滞止止状状态态1122xV1=0T1=T0p1=p011=011=0V2T2p222iiVTpx等截面装药通道一维准定常流动等截面装药通道一维准定常流动控制方程组控制方程组第五章第五章 燃气在燃烧室中的流动过程燃气在燃烧室中的流动过程第三节第三节 燃气在等截面装药通道中的流动燃气在等截面装药通道中的
11、流动微分形式积分形式温度温度T与速度系数与速度系数的关系的关系第五章第五章 燃气在燃烧室中的流动过程燃气在燃烧室中的流动过程第三节第三节 燃气在等截面装药通道中的流动燃气在等截面装药通道中的流动压强压强p与速度系数与速度系数的关系的关系密度密度与速度系数与速度系数的关系的关系第五章第五章 燃气在燃烧室中的流动过程燃气在燃烧室中的流动过程第三节第三节 燃气在等截面装药通道中的流动燃气在等截面装药通道中的流动总压总压p0与速度系数与速度系数的关系的关系等截面装药通道中流动参数的变化等截面装药通道中流动参数的变化第五章第五章 燃气在燃烧室中的流动过程燃气在燃烧室中的流动过程第三节第三节 燃气在等截面
12、装药通道中的流动燃气在等截面装药通道中的流动 TT1 p0p1 pp1 10.00.20.40.60.81.00.00.20.40.60.81.0=1.25速度系数速度系数与通道长度与通道长度x的变化的变化第五章第五章 燃气在燃烧室中的流动过程燃气在燃烧室中的流动过程第三节第三节 燃气在等截面装药通道中的流动燃气在等截面装药通道中的流动12ixl以侵蚀公式为以侵蚀公式为()时为例时为例燃速公式燃速公式l截面截面ii前的燃气质量生成率前的燃气质量生成率速度系数速度系数与通道长度与通道长度x的变化的变化第五章第五章 燃气在燃烧室中的流动过程燃气在燃烧室中的流动过程第三节第三节 燃气在等截面装药通道
13、中的流动燃气在等截面装药通道中的流动p定义截面定义截面11与截面与截面ii间的平均压强和平均侵蚀比间的平均压强和平均侵蚀比平均压强平均压强平均侵蚀比平均侵蚀比燃气质量燃气质量生成率生成率速度系数速度系数与通道长度与通道长度x的变化的变化第五章第五章 燃气在燃烧室中的流动过程燃气在燃烧室中的流动过程第三节第三节 燃气在等截面装药通道中的流动燃气在等截面装药通道中的流动l通过截面通过截面ii的燃气质量流率的燃气质量流率代入定义代入定义速度系数速度系数与通道长度与通道长度x的变化的变化第五章第五章 燃气在燃烧室中的流动过程燃气在燃烧室中的流动过程第三节第三节 燃气在等截面装药通道中的流动燃气在等截面
14、装药通道中的流动l准定常流动准定常流动用于装药末端用于装药末端22截面截面速度系数速度系数与通道长度与通道长度x的变化的变化第五章第五章 燃气在燃烧室中的流动过程燃气在燃烧室中的流动过程第三节第三节 燃气在等截面装药通道中的流动燃气在等截面装药通道中的流动l近似计算近似计算+级数展开级数展开通气参量通气参量沿装药线性变化沿装药线性变化几个特征压强比的近似表达式几个特征压强比的近似表达式第五章第五章 燃气在燃烧室中的流动过程燃气在燃烧室中的流动过程第三节第三节 燃气在等截面装药通道中的流动燃气在等截面装药通道中的流动l利用幂级数展开进行近似计算利用幂级数展开进行近似计算p装药末端的静压与总压比装药末端的静压与总压比p2/p02p装药末端与前端的静压比装药末端与前端的静压比p2/p1p装药前端和末端总压比装药前端和末端总压比p01/p02p燃烧室内沿装药长度的平均压强燃烧室内沿装药长度的平均压强