题目：气氧/煤油喷嘴的构型实验研究及数值模拟

      在液体火箭发动机中，良好的喷嘴设计应当很好地雾化与掺混燃料和氧化剂，从而产生高效，稳定的燃烧。喷嘴的流量特性,雾化和燃烧特性直接关系到整个发动机的工作的稳定性和燃烧性能。

      设计新型的气氧煤油喷嘴——中心气体直流，四周煤油旋流，搭建气氧煤油喷嘴的冷试和热试试验台，通过改变气体压降、液体压降、喷嘴背压和缩进距离来研究喷嘴的流量特性、雾化和燃烧特性。首先进行了喷嘴初步的试验，获得了喷嘴的相关工作特性，对喷嘴进行了深入了解。使用正交设计方法来设计试验，可以用很少的试验次数来获得影响喷嘴性能的因素主次以及影响程度，获得以下结论：在冷试中，对喷雾角的影响主次顺序为氮气压降>背压＞缩进＞煤油压降，且取氮气压降0.5MPa、煤油压降0.4MPa、背压1.5MPa、缩进4mm为优水平组合。在热试中，对燃烧效率的影响程度为：煤油压降>氧气压降>缩进。选取煤油压降0.3MPa、氧气压降0.3MPa、缩进4mm为优水平组合。在热试中，在混合比1.2左右或气液压降比在0.75左右或动量通量比为0.8左右，喷嘴的燃烧效率存在一个最优值。

      运用流体计算软件对喷嘴的喷雾和燃烧进行了仿真，得到了详细的喷嘴流场结构。本文采用VOF模型模拟喷嘴喷雾表明，喷嘴工作10ms左右可以形成稳定的雾化锥角；液体在流经螺旋槽之前速度较低，经过螺旋槽使得液体速度升高达到设计速度，气体通过横截面积小的直流通道形成稳定的喷出速度，满足设计值；在喷嘴出口处形成了回流区有助于喷雾的稳定；缩进距离有助于形成均匀的喷雾，4mm的缩进下喷嘴的喷雾比没有缩进的喷嘴的喷雾雾化效果更好且更均匀。利用压力旋流雾化模型模拟煤油的喷射，有限速率涡耗散的单步总包反应来模拟喷嘴的燃烧过程，热试结果表明，燃烧室头部的回流区可以稳定火焰，在燃烧室头部煤油进行雾化蒸发，在氧气射流周围进行反应，且在氧气附近反应速率最大，随着轴向距离的增加，燃烧产物和燃烧室的温度分布分布变得均匀。