MMH凝胶液滴蒸发与燃烧过程的数值仿真

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