李 煜，程广益，李宗阳，窦怡彬，蒋君庭

（上海机电工程研究所，上海 201109）

0 引 言

喷管是固体火箭发动机的基本部件之一。喷管部件在高温燃气的作用下温度急剧上升，在进行火箭发动机各部件结构设计时，需要考虑各部件受热状态下的实际强度以保证发动机稳定工作。此外，燃气传热会引起各部件内部温度分布不均，从而引入热应力载荷的作用。因此，要进行合理的火箭发动机喷管结构设计就必须考虑传热的影响。在两相流动时，颗粒在喷管内会不断撞击喷管内壁，对喷管的热防护、变形量以及应力的大小和分布造成影响［1］。因此，研究喷管在两相流动下的传热特性及热固耦合有重要意义。

本文考虑喷管结构（包括烧蚀层、喉衬、绝热层以及壳体）的传热特性、喷管外壁与大气之间的传热因素，分析喷管结构对内部温度场的影响；利用颗粒轨道模型［2］，研究不同颗粒直径D和不同负载比η时两相流动对喷管结构内部的温度场的影响；进行热固耦合计算，研究纯气相和两相流动时喷管的热变形分布，分析两相流动对热变形的影响。

1 数值计算方法

计算时进行以下简化：不考虑化学反应；不考虑颗粒相的燃烧、蒸发、破碎过程，且各个工况均为稳态计算；不考虑内壁面的烧蚀；不考虑颗粒接触传热；不考虑各层材料之间的接触热阻；燃气为理想气体。

1．1 计算模型

考虑到计算量较大，本文采用了二维轴对称模型。喷管结构如图1所示。各结构材料分别为：耐烧蚀层为石墨布；……