● 摘要
随着空间技术的发展，小推力的火箭发动机在太空探索中得到了广泛的应用，其推力的设计、流场的数值计算也得到了相应的研究。本文基于源代码开放的DUNS数值模拟程序，应用数值模拟技术，围绕小推力火箭的喷管型面设计，喷管内以及尾喷化学反应流场进行了一体化数值模拟。同时也研究了该喷管在真空状态下，其尾喷流场内套筒凸起壁面的力学性能。文中首先介绍了火箭化学反应流场问题在国外和国内的研究进展；然后阐述了DUNS计算程序的核心算法，同时给出了一个验证算例。其次，针对设计要求，完成了一个推力约为20N的空间小推力喷管的型面设计工作，并利用DUNS软件对该喷管内部的冻结流、平衡流和化学反应流场进行了数值模拟，验证了设计工作的正确性。再次，利用DUNS软件，采用13组分25化学反应模型，对设计的空间小推力喷管的内部及尾喷流的化学反应流场进行了一体化计算，研究了其在真空条件下的流场中速度、压力和温度分布以及各主要组分的分布。最后，对套筒内的小推力火箭发动机的喷管内流及尾喷的化学反应流场进行了数值模拟，并分析了套筒凸起壁面的受力。