脉冲式火箭发动机工作过程的数值分析+文献综述(4)
其中双方程模型，即κ －ε 模型是目前紊流研究中应用广泛的一种湍流模型。
它在一定程度上考虑了流动场中各点的湍动能传递和流动的历史作用, 能较好地用
于环流、渠道流、边壁射流、自由湍射流或某些复杂的三文流。
在κ －ε 双方程湍流模型理论下，湍流流动的基本方程组通用形式：
式中，ρ 是密度；xi是位移量；φ 是通用因变量；Γ 是输运系数；S 是源项。
2.2 CFX 软件简介
本文采用通用计算流体力学软件CFX对脉冲火箭发动机的工作过程进行数
值仿真。CFX主要由前处理器、求解器以及后处理器所组成。在使用CFX对流动
问题进行数值求解的过程中，一般首先使用CFX的前置处理器来定义数值模拟的
研究对象，所使用的数学模型与方法，求解方法等内容，并生成定义文件。此
后，使用CFX的求解器对定义文件进行编译及求解。最后可用CFX的后置处理器
处理计算结果。
作为通用流体力学软件，CFX的功能非常强大。在此，有必要对CFX的核心
的数值求解方法做一简要介绍。图1.1为CFX数值求解的流程图。在CFX中，方程的
求解分为两部分：一是求得离散方程的差分系数；二是采用数学方法求解离散方程。
对稳态问题，外循环是通过物理时间尺度控制求解的；而对瞬态问题时间步迭代是通
过时间步长加以控制求解。对稳态问题，每一个外循环仅包括一个内循环（线性化）；
而对瞬态问题，每个时间步要执行多个内循环。
图 2.1 CFX软件解方程流程
2.3 CFX 求解的设置示例
在使用 CFX 软件进行求解之前，需要对模拟的条件参数进行设置，表 2.1 为一
典型的求解设置。应当指出的是，在求解的过程中，由于在热气开始冲击瞬间，流场
内各种参数变化剧烈，流场求解过程中的初场的影响极大。经过试验，在开始的 0.01ms
之内，时间步长以 0.0001ms为宜，所选用的紊流模型为 Laminar（层流）。在 0.01ms
之后，时间步长及紊流模型可按下表设置。
Analysis type
Total time 0.0015s
Time steps 1e-007s
Initial time 0s
Analysis type Transient
Domain
Material Air Ideal Gas
Turbulence k-Esilon
Relative pressure A 49bar
Relative pressure B 1bar
Relative pressure C 1bar
Relative pressure D 1bar
Output control Trn results Output frequency 1e-05s
3 发动机点火过程热流冲击流场分析
3.1 点火器介绍
点火器是固体火箭发动机的启动装置，是最危险、最容易发生故障的部件。一个
性能良好的点火装置必须保证在发动机整个适用范围内都保持可靠的点燃推进剂装
药，并在较短的时间内是装药进入稳定燃烧阶段，建立正常的稳态工作压强。因此要
求点火装置本身工作可靠，能够提供必需的点火能量，具有相当的点火持续时间，压
力增长平稳，不会引起装药碎裂且能够长时间储存。
本文将点火具简化为一个内部气体压强为5MPa，温度为2000K的高压容器。点火
开始后，容器内气体通过小孔进入燃烧室点燃推进剂。
3.2 研究对象的网格生成
在数值分析之前，要求对模拟一般内流场需要先对求解域进行网格离散，数值模
拟计算域的网格生成方法主要有两种：笛卡尔网格和贴体网格。Thompson等人1974年
提出的贴体网格的思想是当前研究发动机内流场的主要方法，而贴体网格游戏分为结