液體火箭發動機氣氣燃燒及氣氣噴注器技術（簡體書）

《液體火箭發動機氣氣燃燒及氣氣噴注器技術》講述了液體火箭發動機是航天運輸最主要的動力來源，而全流量補燃循環發動機是具有高性能、高可靠性的液體火箭發動機，是未來航天運輸動力系統的重要發展方向之一，特別是對未來可重復使用的運載器動力系統，其關鍵技術之一——氣氣燃燒技術——是以往液體火箭發動機中未曾遇到過的一項新技術。從傳統的噴霧燃燒技術到氣氣燃燒技術和相應的氣氣噴注器技術，是液體火箭發動機面向未來發展的一大跨越。

第1章 概述
1.1 液體火箭發動機氣氣燃燒的應用背景
1.2 液體火箭發動機氣氣燃燒的物理化學過程
1.3 液體火箭發動機氣氣燃燒歷史、發展和現狀
1.3.1 液體火箭發動機氣氣燃燒過程機理
1.3.2 液體火箭發動機氣氣燃燒研究方法
1.3.3 液體火箭發動機氣氣噴注器設計
參考文獻
第2章 氣氣噴注器試驗技術
2.1 試驗系統
2.1.1 氫氣供應系統
2.1.2 氧氣供應系統
2.1.3 液氧供應系統
2.1.4 冷卻水系統
2.1.5 空氣供應系統
2.1.6 測控系統
2.2 試驗件
2.2.1 點火器
2.2.2 富氧預燃室
2.2.3 容熱式燃燒室
2.2.4 光學燃燒室
2.3 壁面溫度測量方法
2.3.1 方法介紹
2.3.2 傳感器
2.3.3 應用實例
2.4 光學測量方法
2.4.1 粒子圖像測速技術
2.4.2 相干反斯托克斯拉曼光譜技術
2.4.3 激光誘導熒光技術
2.4.4 高速攝影技術
參考文獻
第3章 氣氣燃燒的數值模擬技術
3.1 RANS數值模擬方法
3.1.1 計算模型
3.1.2 控制方程
3.1.3 黏性系數
3.1.4 擴散系數
3.1.5 湍流模型
3.1.6 化學動力模型
3.1.7 數值方法
3.1.8 邊界條件
3.1.9 應用實例及結果分析1
3.1.10 應用實例及結果分析2
3.2 大渦模擬方法
3.2.1 方法介紹及應用背景
3.2.2 理論模型及數值方法
3.2.3 應用實例及結果分析
3.3 RANS與LES結果對比分析
參考文獻
第4章 氣氣燃燒過程機理
4.1 氫／氧對向擴散火焰
4.1.1 反應機理和計算模型
4.1.2 結果分析
4.2 氣氫／氣氧冷流摻混的大渦模擬
4.2.1 物理模型及網格劃分
4.2.2 典型結果與分析
4.3 氣氫／氣氧燃燒流動的大渦模擬
4.3.1 物理模型及網格劃分
4.3.2 典型結果與分析
參考文獻
第5章 氣氣燃燒流場相似性
5.1 氣氣冷流流場相似性研究
5.1.1 方程分析
5.1.2 量綱分析
5.1.3 仿真分析
5.2 氣氣燃燒流動方程分析
5.2.1 氣相湍流反應流的N—S方程組
5.2.2 無量綱分析
5.2.3 單值性條件
5.2.4 相似準則分析
5.3 氣氣燃燒現象的量綱分析
5.3.1 π定理的應用
5.3.2 相似準則分析
5.4 單噴嘴氣氣燃燒流場相似仿真
5.4.1 不同幾何尺寸燃燒室流場相似仿真
5.4.2 不同壓力燃燒室流場相似仿真
5.5 單噴嘴氣氣燃燒工況試驗
5.5.1 不同燃燒室壓力縮尺試驗
5.5.2 不同燃燒室幾何尺寸縮尺試驗
5.6 單噴嘴氣氣燃燒流場相似性的光學測試
5.7 多噴嘴氣氣燃燒流場相似的仿真研究
5.7.1 計算模型及數值方法
5.7.2 不同幾何尺寸燃燒室流場相似仿真
5.7.3 不同壓力燃燒室流場相似仿真
5.8 多噴嘴氣氣燃燒工況試驗
5.8.1 測量及試驗參數
5.8.2 傳感器表現及結果分析
參考文獻
第6章 氣氣噴注器推力室性能與傳熱縮尺
6.1 縮尺技術研究目的與內容
6.1.1 燃燒性能縮尺
6.1.2 傳熱縮尺
6.2 理論分析
6.2.1 方程分析
6.2.2 量綱分析
6.3 摩擦損失
6.3.1 摩擦損失縮尺方法分析
6.3.2 具體縮尺技術分析
6.4 傳熱損失及傳熱縮尺技術
6.4.1 縮尺技術方法分析
6.4.2 縮尺技術具體應用方法
6.4.3 傳熱損失
6.4.4 傳熱縮尺的仿真分析
6.4.5 傳熱縮尺試驗
6.4.6 其他相關研究
參考文獻
第7章 氣氫／氣氧噴注器設計
7.1 同軸剪切式氣氣噴注器設計
7.1.1 同軸剪切式氣氣噴注器設計方法
7.1.2 典型同軸剪切式噴注器仿真結果與分析
7.1.3 設計參數選擇
7.1.4 設計參數優化
7.1.5 同軸剪切式噴注器的改進設計
7.2 單噴嘴氣氫／氣氧噴注器試驗
7.2.1 試驗噴注器
7.2.2 試驗結果與分析
7.3 多噴嘴大流量氣氫／氣氧噴注單元設計
7.4 多噴嘴氣氫／氣氧燃燒流場數值模擬
7.4.1 排布的仿真優化
7.4.2 具體結果與分析
7.5 多噴嘴氣氫／氣氧噴注器優化設計的試驗評價
7.5.1 試驗件及測量
7.5.2 試驗結果與分析
7.6 大流量適應能力評價
7.6.1 更大流量的設計及試驗
7.6.2 改變噴管段設計及試驗
參考文獻
第8章 富氫／富氧燃氣噴注器設計參數的影響分析
8.1 富氫／富氧噴注器試驗系統
8.2 設計參數對同軸剪切式噴注器燃燒過程的影響
8.2.1 同軸剪切式噴注器的設計參數
8.2.2 同軸剪切式噴注器性能的評價指標
8.2.3 富氧燃氣噴注速度對燃燒過程和燃燒室熱載的影響
8.2.4 燃氧速度比對燃燒過程和燃燒室熱載的影響
8.2.5 氧噴嘴出口端面壁厚對燃燒過程和燃燒室熱載的影響
8.2.6 氧噴嘴縮進距離對燃燒過程和燃燒室熱載的影響
8.2.7 富氧燃氣溫度對燃燒過程和燃燒室熱載的影響
……
第9章 富氫／富氧燃氣噴注器優化設計
第10章 氣氛／甲烷噴注器設計
第11章 氣氫／氣氧燃燒與氣氫／液氧燃燒對比研究
參考文獻

9.6.2 同軸剪切式多噴嘴氣氣噴注器設計參數對燃燒長度的影響
圖9—25給出了不考慮噴嘴交互作用下噴嘴設計參數對燃燒長度的影響。從圖中可以看到，速度比和氧噴嘴出口壁厚增加，燃燒長度減小，燃燒性能提升；氧壓降比增加，燃燒長度增加，燃燒性能下降；并且，速度比影響最為明顯。對于同軸剪切噴嘴，摻混燃燒主要依靠燃料與氧化劑之間的剪切作用，速度比越大，剪切作用越強，摻混燃燒越好，燃燒長度越小。氧壓降比增加，氧噴注速度和噴注動量增加，不利于噴嘴中心的氧化劑與周圍燃料的摻混，燃燒距離加長。氧噴嘴出口端面壁厚增加，稍微增加了氧化劑和燃料的接觸面積，燃燒長度略有縮小。分析結果表明，對于同軸剪切噴注單元，噴嘴設計參數變化對多噴嘴燃燒室的影響規律與對單噴嘴燃燒室的影響規律相似，并且可以看出，噴嘴之間相互作用不明顯。在同軸剪切噴注單元中，每個噴注單元的中心均為氧化劑，外圍均為燃料，噴注單元與噴注單元之間均為燃料接觸，氧化劑始終在噴注單元中心，噴嘴之間相互作用不明顯。圖9—26為氧壓降比和燃氧速度比的交互作用對燃燒長度的影響，從圖示結果可以看出，燃氧比較低時，氧壓降比變化對燃燒長度影響顯著，而燃氧速度比較高時，氧壓降比變化對燃燒長度影響較小，氧壓降比和燃氧速度比交互作用對燃燒長度影響顯著。
表9—22所列數據為各個設計參數及設計參數之間交互作用對燃燒長度影響。從方差結果可以看到，Dp×W和Rv×W的方差值小于誤差的方差值，說明對燃燒長度的影響非常小，將其歸為誤差，新誤差的方差由原誤差方差和Dp×W、Rv×W的方差值之和，新誤差的自由度為它們之和。從方差分析結果可知，氧壓降比、燃氧速度比，氧噴嘴出口端面壁厚、氧壓降比和燃氧速度比交互作用的F值均大于F0.01，對燃燒長度均有顯著性影響。在同軸剪切噴注單元的多噴嘴燃燒室中，氧壓降比和燃氧速度比交互作用對燃燒性能的影響在優化設計中必須考慮。
9.6.3 同軸剪切式多噴嘴氣氣噴注器設計參數對燃燒室壁面燃氣溫度的影響
圖9—27所示為不考慮交互作用下各設計參數對燃燒室壁面平均燃氣溫度的影響。隨氧壓降比，燃氧速度比，氧噴嘴出口端面壁厚增加，燃燒室壁面平均燃氣溫度均呈上升趨勢，其中燃氧速度比影響最為顯著。燃氧速度比對燃燒性能影響明顯，燃氧速度比越大，燃燒長度越短，在燃燒室長度一定的條件下，暴露在高溫燃氣中的燃燒室壁面面積越大，燃燒室壁面的平均燃氣溫度增加。對于氧壓降比，雖然燃燒性能隨氧壓降比增加而下降，但是氧壓降比增加，富氧燃氣噴注速度增加，在速度比一定的條件下，富氫燃氣噴注速度增加，噴嘴之間的回流加強，回流使燃燒室前段的燃氣溫度增加，燃燒室壁面平均燃氣溫度增加。氧噴嘴厚度增加燃燒性能略有提升，燃燒室壁面平均燃氣溫度略有提升，但變化幅度很小。圖9—28所示為氧壓降比和燃氧速度比交互作用對燃燒室壁面平均燃氣溫度的影響，從圖示結果可以看出，燃氧速度比較低時，氧壓降比增加，燃燒長度減小，而燃氧速度比較高時，氧壓降比增加燃燒長度增加，該結果說明氧壓降比和燃氧速度比的交互作用對燃燒室壁面平均燃氣溫度的影響顯著。