火箭发动机燃烧原理PDF电子书下载

第一章 热化学和化学动力学基础 1

1.1 热化学 1

1.1.1 反应焓、生成焓和燃烧焓 1

1.1.2 赫斯（Hess）定律 3

1.1.3 绝热燃烧温度 4

1.1.4 吉布斯（Gibbs）自由能和范特霍夫（Van't Hoff）方程 5

1.2 化学反应动力学规律 7

1.2.1 化学反应动力学分类和反应速率 7

1.2.2 质量作用定律 11

1.2.3 反应分子数和反应级数 14

1.3 阿累尼乌斯（Arrhenius）定律 17

1.3.1 Arrhenius速率定律 17

1.3.2 活化能的物理意义 17

1.3.3 修正的Arrhenius公式 19

1.4 基元反应速率理论 20

1.4.1 双分子反应的简单碰撞理论 20

1.4.2 反应速率的过渡态理论 24

参考文献 27

第二章 多组分反应流体基本守恒方程 28

2.1 分子输运基本定律 28

2.1.1 牛顿（Newton）粘性定律 28

2.1.2 费克（Fick）扩散定律 29

2.1.3 傅立叶（Fourier）导热定律 31

2.1.4 输运系数间的关系 32

2.2 基本守恒方程 33

2.2.1 雷诺（Reynolds）输运定理 33

2.2.2 混合气体质量守恒方程 35

2.2.3 组分质量守恒方程（扩散方程） 35

2.2.4 动量守恒方程 36

2.2.5 能量守恒方程 37

2.3 泽尔多维奇（Zeldovich）转换和广义雷诺（Reynolds）比拟 43

2.3.1 Zeldovich转换 43

2.3.2 广义Reynolds比拟 44

2.4 斯蒂芬（Stefan）流和相分界面上的边界条件 45

2.4.1 Stefan流 46

2.4.2 相分界面的内移 49

2.4.3 固相-气相分界面上的边界条件 49

2.4.4 液相-气相分界面上的边界条件 52

2.5 化学反应（或燃烧）相似准则 53

参考文献 54

第三章 层流燃烧 56

3.1 层流预混燃烧 56

3.1.1 缓燃波与爆轰波 56

3.1.2 雨果尼奥（Hugoniot）曲线 57

3.1.3 层流火焰传播的热理论 60

3.2 气体燃料射流扩散燃烧 60

3.2.1 射流燃烧的物理现象与基本方程 65

3.2.2 限制性射流燃烧的贝克-舒曼（Burke-Schumann）解 67

参考文献 70

第四章 湍流燃烧 71

4.1 湍流与湍流燃烧概述 71

4.1.1 湍流 71

4.1.2 湍流燃烧概述 73

4.2 多组分化学反应流守恒方程 74

4.3 化学反应湍流Favre平均守恒方程 75

4.3.1 湍流平均值 76

4.3.2 可压缩化学反应湍流Favre平均守恒方程 78

4.3.3 雷诺方程封闭——雷诺应力模拟 79

4.3.4 能量守恒方程封闭 85

4.3.5 组分质量守恒方程封闭——反应速率直接封闭 86

4.4 湍流扩散火焰的PDF模型 92

4.4.1 守恒量与混合分数 93

4.4.2 概率密度分布函数（PDF） 97

4.4.3 K-ε-？-g方程 101

4.4.4 方程组数值解方法 103

4.5 湍流预混火焰涡旋破碎模型（简称EBU模型） 104

4.5.1 涡旋破碎模型（EBU模型） 105

4.5.2 湍流预混火焰的K-ε-gY模型 107

4.6 湍流燃烧模型评述 109

4.7 多步反应模型 112

4.7.1 两步反应系统 112

4.7.2 四步反应系统 115

参考文献 118

第五章 两相流动和两相湍流燃烧 120

5.1 悬浮两相流的基本运动方程 120

5.1.1 体积平均值 120

5.1.2 混合物热力学 122

5.1.3 作用于颗粒上的力 124

5.1.4 两相间热量传递 128

5.1.5 体积平均的稀疏悬浮两相反应流守恒方程 130

5.2 两相湍流燃烧 139

5.2.1 颗粒轨道模型两相反应湍流的Favre平均方程组 140

5.2.2 双流体模型 146

5.2.3 K-ε-Kp双流体模型 152

5.2.4 K-ε-Ap双流体模型 152

5.3 两相湍流燃烧模型评述 153

参考文献 154

第六章 颗粒燃烧 156

6.1 液滴燃烧 156

6.1.1 液滴在静止气体中的蒸发 156

6.1.2 液滴在静止气体中的蒸发燃烧 160

6.1.3 液滴在强迫对流中的蒸发和燃烧 169

6.1.4 静止气流中液滴的超临界燃烧 170

6.2 固体颗粒燃烧 173

6.2.1 缩球模型 174

6.2.2 颗粒燃烧的缩核模型 188

6.2.3 硼颗粒点火和燃烧 193

6.3 金属颗粒燃烧 203

6.3.1 金属颗粒燃烧模型 204

6.3.2 金属氧化物覆盖时的金属颗粒燃烧 213

参考文献 216

第七章 层流边界层燃烧 218

7.1 二维层流反应边界层流动方程和边界条件 218

7.1.1 二维层流反应边界层流动方程 218

7.1.2 边界条件 221

7.2 化学动力学 222

7.2.1 表面反应 222

7.2.2 均相反应 224

7.3 有相似性解的层流反应边界层 225

7.3.1 相似性解的概念 225

7.3.2 方程变换 226

7.3.3 相似性解方程 228

7.3.4 存在相似性解的条件 229

7.4 （ξ，η）坐标系中层流反应边界层流动方程 233

7.4.1 （ξ，η）坐标系中的边界层流动方程 233

7.4.2 相似性解边界层流动方程和（ξ，η）坐标系中边界层流动方程的比较 236

7.4.3 非相似层流反应边界层流动方程的数值解 236

7.5 轴对称层流反应边界层流动 238

7.5.1 轴对称层流反应边界层流动方程 238

7.5.2 颗粒燃烧边界层方程 239

7.5.3 方程变换 241

7.5.4 非相似反应边界层方程级数解 242

参考文献 257

第八章 液体火箭发动机喷雾燃烧 259

8.1 推进剂组元雾化 259

8.2 组元的混合和相之间的热量和质量交换 262

8.3 液雾两相反应湍流数学模型 264

8.3.1 基本假设 265

8.3.2 液雾两相反应流的守恒方程 265

8.3.3 液雾两相湍流反应流方程 269

8.4 气相湍流燃烧模型——涡旋破碎模型（K-ε-gy模型） 273

8.5 算例 275

参考文献 283

第九章 固体火箭发动机燃烧 284

9.1 概述 284

9.2 双基推进剂稳态燃烧 286

9.2.1 双基推进剂的燃烧波结构 286

9.2.2 双基推进剂稳态燃烧的KOCS模型 289

9.2.3 双基推进剂的超速、平台和麦撒燃烧现象 294

9.3 复合推进剂稳态燃烧 296

9.3.1 粒状扩散火焰模型（GDF模型） 296

9.3.2 BDP多火焰模型 301

9.3.3 小系综模型（PEM模型） 313

9.4 侵蚀燃烧 320

9.4.1 基于中心高温气流对流传热理论的模型 321

9.4.2 基于输运特性增强理论的模型 322

9.4.3 基于燃烧波结构变化的模型 323

9.4.4 基于边界层反应湍流理论的模型 325

参考文献 333

第十章 固液火箭发动机燃烧 335

10.1 固液火箭发动机燃烧的物理模型 335

10.2 基于湍流边界层传热理论的后退速率模型 336

10.2.1 理论模型 336

10.2.2 后退速率沿轴向长度的分布 340

10.2.3 沿通道长度的平均后退速率 341

10.2.4 时间平均和空间-时间平均后退速率 342

10.2.5 实验得到的燃面后退速率模型 342

10.3 固液火箭发动机燃烧与流动过程的数值模拟 345

10.3.1 几何模型和基本假设 345

10.3.2 控制方程 346

10.3.3 低雷诺数K-ε湍流模型 347

10.3.4 边界条件 348

10.3.5 固体燃料热分解和气相反应化学动力学模型 350

10.3.6 气相燃烧模型 352

10.3.7 计算结果及分析 353

10.4 提高燃面后退速率的方法 355

10.4.1 固体药柱中添加含能物质 355

10.4.2 气体氧化剂旋流 358

10.4.3 熔化层液滴飞溅质量传递 367

10.4.4 燃气发生器式固液火箭发动机 378

10.4.5 提高燃面后退速率方法简评 380

参考文献 380