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固体燃料ATR发动机富燃燃气燃油喷雾冷却方法研究OA

Research on fuel spray cooling method of fuel-rich gas for solid-propellant ATR engine

中文摘要英文摘要

针对固体燃料空气涡轮火箭(ATR)发动机富燃燃气排气温度超过无内冷涡轮叶片耐热极限的问题,提出了燃油冷却富燃燃气的方案,建立了"近场雾化-远场掺混"分步耦合数值方法,探究了单/双/四喷嘴对冷却效果及温度均匀性的影响.研究结果表明:离心喷嘴雾化锥角与流量特性仿真误差分别仅为1.18%和2.51%,离心喷嘴相较于圆孔直流喷嘴更适用于富燃燃气冷却掺混过程,其中双喷嘴在冷却效率、温度均匀性与工程适用性方面达到最优平衡,最高压工况下出口平均温度降至1118K,最大温差仅60 K,温度分布系数低至0.113.

To address the issue of the exhaust temperature of fuel-rich gas in solid-propellant ATR engines exceeding the heat resistance limit of turbine blades without internal cooling,a method for cooling the rich combustion gas with fuel was proposed.A step-by-step coupling numerical method called"near-field atomization and far-field mixing"was developed to analyze this process.The effects of using one,two,or four nozzles on cooling efficiency and temperature uniformity were examined.The results indicate that the simulation errors for the atomization cone angle and flow characteristics of the centrifugal nozzle are only 1.18%and 2.51%,respectively.Compared to the round-hole direct-flow nozzle,the centrifugal nozzle is more effective for the cooling and mixing processe of fuel-rich gas.Among them,the dual-nozzle achieves the optimal balance in cooling efficiency,temperature uniformity,and engineering applicability.Under the maximum pressure condition,the average outlet temperature drops to 1 118 K,with a maximum temperature difference of only 60 K.In addtion,the temperature distribution factor(TDF)is as low as 0.113.

黄鹏飞;杨学森;赵巍;曾文;李繁;赵庆军

沈阳航空航天大学航空发动机学院,辽宁沈阳 110136||中国科学院工程热物理研究所,北京 100190中国科学院工程热物理研究所,北京 100190||轻型涡轮动力全国重点实验室,北京 100190||中国科学院大学星际航行学院,北京 100049中国科学院工程热物理研究所,北京 100190||轻型涡轮动力全国重点实验室,北京 100190||中国科学院大学星际航行学院,北京 100049||济南先进动力研究所,山东济南 251401沈阳航空航天大学航空发动机学院,辽宁沈阳 110136济南先进动力研究所,山东济南 251401中国科学院工程热物理研究所,北京 100190||轻型涡轮动力全国重点实验室,北京 100190||中国科学院大学星际航行学院,北京 100049||济南先进动力研究所,山东济南 251401||分布式冷热电联供系统北京市重点实验室,北京 100190

航空航天

固体燃料空气涡轮火箭发动机富燃燃气燃油冷却多喷嘴温度均匀性

solid-propellant ATR enginefuel-rich gasfuel coolingmultiple nozzlestemperature uni-formity

《火箭推进》 2026 (3)

1-12,12

中国科学院工程热物理研究所所长基金(Y951015Z21)

10.3969/j.issn.1672-9374.2026.03.001

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