题目：高过载下固体火箭发动机两相内流场数值模拟

由于含铝复合推进剂的应用，在固体火箭发动机中形成了典型的气粒两相流动，而对高机动性、稳定的要求，又使固体火箭发动机经常处于高过载和高速旋转的工作状态，各种过载必然会对固体火箭发动机的工作过程产生影响，特别是对流场中凝相粒子运动规律的影响，会导致凝相粒子局部聚集浓度过高或出现严重的粒子沉积现象，恶化发动机绝热层的工作环境，严重时可使热防护失效。因此，研究各种过载对固体火箭发动机内流场特别是对凝相粒子运动规律的影响，对固体火箭发动机的研制和优化设计有重要意义。本文首先对固体火箭发动机两相流计算的必要性及其在国内外的发展现状进行了综述，并介绍了本文的主要研究内容。其次从气粒两相流场的基本性质、基本理论和守恒方程出发，建立了气粒两相流的数值模型。然后以某端面燃烧固体火箭发动机为例，分别利用确定轨道模型和随机轨道模型对其处于不同过载下的两相内流场进行了仿真，分析了过载对粒子运动及聚集浓度的影响。最后又基于两种轨道模型对不同旋转速度下的某管状药柱的固体火箭发动机两相内流场进行了仿真计算，并分析了发动机自转对其两相内流场特别是粒子运动轨迹及聚集规律的影响。结果显示，发动机受横向过载作用时，粒子有偏向承载壁面的运动趋势，承载壁面的粒子聚集浓度明显增大；在发动机受纵向过载作用时，内部的凝相粒子在壁面处的聚集浓度有所减小，且过载越大这种趋势越明显；发动机的自转运动使流场中的粒子受离心力的作用远离中心轴线，使壁面处的粒子聚集浓度增大。