采用欧拉-拉格朗日方法的针栓推力室燃烧性能数值仿真

余航; 刘赟聪; 孙五川; 黄佐华; 李龙飞; 卞香港; 张英佳

西安交通大学学报 ›› 2026, Vol. 60 ›› Issue (1) : 171 -179.

余航, 刘赟聪, 孙五川, 黄佐华, 李龙飞, 卞香港, 张英佳

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摘要

针对带有边区液膜冷却的针栓式喷注器火箭发动机“效率-冷却”的固有矛盾，以甲基肼/四氧化二氮(MMH/NTO)针栓发动机为研究对象，采用k-ω SST湍流模型、欧拉-拉格朗日方法及涡耗散概念模型耦合多步化学反应机理，开展了推力室燃烧过程三维数值仿真研究，系统剖析了边路冷却比例和动量比对推力室性能的影响机制。研究结果表明：双排孔针栓喷注器的射流雾化结构呈现3个锥角的典型特征，燃烧高度依赖雾化掺混效果；随冷却比例增加，壁面温度显著降低，当冷却比例超过27%时，推进剂混合比偏离最佳值，推力室室压降低。综合考虑壁面温度安全性与推力室性能，边路冷却比例最优区间为20%～27%;动量比对推力室流场分布和燃烧效率影响显著，存在最佳动量比区间，偏离该区间均导致掺混效果不佳，进而使得推力室性能下降，双排孔针栓喷注器的建议动量比区间为2.10～3.06。该研究为MMH/NTO双组元针栓喷注推力室设计优化提供重要依据，为实现针栓发动机高效、安全运行提供工程指导，也为同类型姿轨控发动机性能优化提供设计参考。