● 摘要
喷管是固体火箭发动机关键部件之一，喷管在工作过程中承受着高温燃气的烧蚀和冲刷，在大过载工作条件下，其工作环境尤其恶劣。大过载会对火箭发动机三维两相内流场以及装药燃烧产生很大的影响，导致发动机绝热层提前暴露在高温燃气中，严重时会导致内绝热防护失效。因此必须对大过载下的流场、燃烧、传热、烧蚀进行研究。本文采用柱坐标系下三维瞬态导热微分方程求解固体火箭发动机喷管热防护层内温度分布，采用有限体积方法对方程进行离散，交替方向隐式迭代方法(ADI)求解线性代数方程组；内边界考虑对流、辐射换热、烧蚀热和粒子侵蚀等因素的影响，其它边界假设为绝热边界条件。根据所选择的烧蚀材料，选择合适的烧蚀模型，进行烧蚀计算；本文中采用高斯全选主元方法和拟牛顿方法联合求解非线性方程组，计算壁面材料烧蚀率；同时将温度场与烧蚀进行耦合，进行计算，所得计算结果与文献中同类计算结果吻合良好。考虑具体计算区域结构特点，本文选择分块网格方法对区域进行网格划分，充分考虑分块网格的基本原理与交替方向迭代方法(ADI)的特点，将二者有效的结合，建立适合有限体积方法的网格模型。计算结果表明：论文中所选择的物理、数学模型能较好的模拟实际工况，采用的有限体积离散方法和ADI计算方法计算得出的结果满足工程实际需要。