3 燃气射流与液体工质相互作用的数值模拟

3。1 引言

    通过前面的分析可知，整装式液体发射药不稳定燃烧的主要原因是在气液交界表面上，同时存在有RT和KH不稳定效应。为了更清楚地观测它们是如何影响内弹道过程的，采用数值模拟的方法，建立燃烧室模型。模型结构尺寸和初始边界条件均与前述实验保持一致，在FLUENT软件的动态计算中，可以更精确地观察射流的每一步发展，更深入地探索这两种机制的影响效果。

3。2 物理模型

    对单股燃气射流与整装式液体相互作用的过程做如下假设：

（1）认为是二维非定常流动，且流体粘性不可压；

（2）气体与液体不发生化学反应，认为各组分不变；

（3）生成的火药燃气认为是理想气体；

（4）模型轴对称，且不考虑重力；

（5）湍流模型采用模型，多相流模型采用VOF模型。

图3。1 计算区域

    在数值模拟中，暂时先不考虑液体药的燃烧过程，给模型施加一定的初始压力和温度，来模拟生成的燃气射流，以此可以更集中的关注射流在液体工质中的扩展形态。具体的实验装置前文已提及，利用FLUENT软件，根据具体的实验装置，构建如图3。1所示的计算区域。

    图3。1中一共有四种边界条件，分别是压力入口边界，压力出口边界，轴对称边界和壁面边界。在模型的压力入口处，给定一定的初始压力（p=20MPa），压力出口处认为与大气相连，保持大气压力不变，选用二维轴对称模型，设定图中对称轴，其余为壁面边界，在射流射入液体工质后，起到约束和诱导射流扩展的作用。

    模拟液体药的模拟工质的物理特性如表3。1所示。来;自]优Y尔E论L文W网www.youerw.com +QQ752018766-

表3。1 水的物理特性

密度 比热 热导率 表面张力 粘度

998。2 4182 0。6 0。0669 1。003×10-3

3。3 数学模型

3。3。1 守恒方程

    由前面的假设可知，该问题是二维轴对称模型，先写出流体力学的基本控制方程：

   （1）质量守恒方程

   （2）动量守恒方程

   （3）能量守恒方程

    在式（3。1）至（3。3）中， 各物理量的含义如下：是密度，t是时间，是速度矢量，p是压力，是应力张量，E是总能量，是导热系数。

    其中，的表达式如下

在式（3。4）中，为动力黏度，I为单位张量。

    E的表达式如下

在式（3。5）中，h是热焓。

  （4）理想气体状态方程

在式（3。6）中，R是摩尔气体常数。

而针对本文中的二维轴对称模型，式（3。1）至式（3。3）可以写成如下分量形式