10kW级氢电弧加热发动机非平衡等离子体流动过程的数值模拟.pdfVIP

高电压技术第39卷第7期2013年7月31日 1614 31，2013 HighVoltageEngineering，V01．39，No．7，July 10 kW级氢电弧加热发动机非平衡等离子体 流动过程的数值模拟 孙维平，魏福智，王海兴 (北京航空航天大学宇航学院，北京100191) kw级氢电弧加热发动机中的流动与传热过程进行热力学及化学非平衡数值模拟研究，采用的数 摘要：为对10 学物理模型中引入重粒子和电子能量方程考察发动机喷管内等离子体流动的热力学非平衡特性；引入氢原子、氢 离子组分方程，结合总体连续方程和适当的化学反应，考察发动机喷管内等离子体流动的化学非平衡特性；数值计 算所需的热力学和输运性质在求解过程中按照当地条件参数计算；控制方程组采用基于Roe格式的数值方法进行 离散求解。计算获得的发动机性能参数与文献报道结果相比合理符合。数值模拟结果表明，在发动机喷管内壁 面，电子和重粒子的温度差远大于沿发动机轴线的二者之差，说明在发动机内壁面附近电子和重粒子偏离热平衡 状况比较明显。通过对各种氢组分在发动机内分布及演化过程分析表明，在发动机出口等离子体流动处于化学非 平衡状态。 关键词：等离子体；氢电弧加热发动机；双温度；热力学；输运性质；化学非平衡；解离 DOI：10．3969／j．issn．1003—6520．2013．07．011文章编号：1003—6520(2013)07—1614一07 NumericalSimulationof PlasmaFlow Nonequilibrium in10kW Arcjets Hydrogen SUN Fuzhi，WANG Weiping，WEI Haixing (Schoolof 100191，China) ing Astronautics，BeihangUniversity，Beij thermalandchemical is to the flowand Abstract：A nonequilibriummodelingstudyperformedinvestigateplasma heattransfer in10kW Inthis the andelectron are processes arcjets． modeling，heavyparticle energyequations introducedtoexaminethethermal wh订ethe of atomandion nonequilibriumcharacteristics，equationshydrogen combinedwiththea andthesuitablechemical introduced continuity reactions-are speciesequations g