液氧气甲烷针栓喷注器雾化特性数值研究

《液氧气甲烷针栓喷注器雾化特性数值研究》是一篇聚焦于推进系统中关键部件——针栓喷注器的雾化特性的学术论文。该研究旨在通过数值模拟的方法，深入分析液氧气与甲烷在针栓喷注器中的混合与雾化过程，从而为航天推进系统的优化设计提供理论依据和技术支持。

针栓喷注器作为一种常见的燃料和氧化剂混合装置，广泛应用于液体火箭发动机中。其核心功能是将液态推进剂均匀地分散成细小的液滴，以提高燃烧效率和推进性能。然而，由于液氧气与甲烷之间的物性差异较大，且在高压、低温环境下工作，使得两者的混合与雾化过程变得复杂且难以预测。因此，研究其雾化特性对于提升推进系统的可靠性和性能具有重要意义。

本文采用计算流体力学（CFD）方法对针栓喷注器的雾化过程进行了数值模拟。模型中考虑了多相流、湍流以及液滴破碎等物理现象，并结合实验数据对模型进行了验证。研究结果表明，针栓喷注器的结构参数，如喷孔直径、喷射角度以及喷注压力等，对雾化效果具有显著影响。此外，液氧气与甲烷的物性差异也导致了不同的雾化行为，特别是在高温高压条件下，液氧的蒸发和甲烷的汽化过程相互作用，进一步影响了整体的雾化质量。

在研究过程中，作者还探讨了不同操作条件下的雾化特性变化。例如，在高喷射压力下，液滴尺寸分布更加均匀，雾化效果更好；而在低压力条件下，液滴尺寸较大，雾化效果较差。这些发现为实际工程应用提供了重要的参考依据。同时，研究还揭示了喷注器内部流动结构对雾化的影响，如二次雾化和液膜破裂等现象，进一步丰富了对针栓喷注器工作机理的理解。

此外，本文还对比了不同数值模型的适用性。例如，基于欧拉-拉格朗日方法的多相流模型能够较为准确地描述液滴的运动轨迹和破碎过程，而基于欧拉-欧拉方法的模型则更适合于大尺度的流动模拟。通过对不同模型的比较分析，研究者得出了适用于针栓喷注器仿真的最佳模型选择。

研究结果不仅有助于理解针栓喷注器的雾化机制，也为后续的优化设计提供了理论支持。例如，通过调整喷孔结构或改变喷注参数，可以有效改善雾化效果，从而提高燃烧效率和推进性能。同时，研究结果还可以为新型推进系统的开发提供参考，特别是在深空探测和可重复使用火箭等领域。

总体而言，《液氧气甲烷针栓喷注器雾化特性数值研究》是一篇具有较高学术价值和工程应用意义的研究论文。它通过先进的数值模拟方法，系统地分析了针栓喷注器在液氧气与甲烷混合过程中的雾化特性，为推进系统的设计和优化提供了重要的理论基础和技术支持。