石 超，强洪夫，刘 虎，王 广

(1.火箭军工程大学 601室，西安 710025；2.火箭军工程大学 青州士官学院，青州 262500)

0 引言

凝胶推进剂作为一种新型火箭推进剂，与液体推进剂的主要差异在于流变特性，其剪切粘度随剪切速率的变化而变化，且一般表现出剪切变稀(假塑性)的特征[1]。凝胶推进剂雾化问题是凝胶推进技术研究的关键问题[2]，凝胶推进剂雾化效果决定了凝胶推进剂发动机的燃烧效率和燃烧稳定性。在雾化过程中，不可避免会出现液滴的碰撞聚合、反弹以及破碎过程。

为深入揭示凝胶推进剂液滴碰撞过程的物理机理，本文应用光滑粒子流体动力学(SPH)方法[3-4]，对凝胶模拟液液滴在空气中的碰撞过程进行了数值模拟，并与水滴的碰撞过程进行了对比，分析了凝胶推进剂粘性对碰撞结果的影响，以进一步揭示凝胶推进剂在雾化过程中的物理现象及内在机理。

1 流体动力学控制方程以及SPH离散

1.1 控制方程和状态方程

1.1.1 控制方程

本文流动过程可以看作不可压缩流动，不考虑热传导，拉格朗日描述下的Navier-Stokes方程为

▽·v

(1)

(2)

式中 d/dt为物质导数；ρ、p和v分别表示流体的密度、压强和速度；ν为动力粘度系数；F(s)为表面张力。

1.1.2 控制方程的SPH离散

由于本文计算涉及气液两相流动，气-液交界面处存在较大的密度、粘度梯度，传统的SPH在处理这一问题时，会引发严重的计算误差，产生诸如密度/压力震荡、粒子聚集等非物理现象。针对这一问题，Frank Ott等[5]提出，在连续性方程中，采用粒子数密度代替质……