(2) 固体火箭冲压发动机燃气发生室、进气道、补燃室和喷管的结构设计；

(3) 在FLUENT软件中对发动机进行网格划分与数值模拟方法；

(4) 燃烧条件下内流场数值模拟研究，比较不同工况下发动机温度、压强、马赫数及燃烧产物的变化。

2 固体火箭冲压发动机热力计算

2.1 CEA软件介绍

CEA软件是一款专门应用于对反应产物进行热力学计算的一款软件，通过本身内置于JAVA程序中的算法使研究人员对所输入的相应燃料进行内置的分析计算。其主体操作界面如图2.1所示。

选择相应的所需的研究工况(本文所选的问题为火箭问题)进而进入相关界面输入参数。其操作界面如图2.2所示。

  图2.1 初始操作界面                         图2.2参数输入界面

在输入完相关参数后选择所需考虑的燃料组分并确定其相应的含量然后进行如图2.3的燃料输入界面输入相关参数。

在输入完组分后在图2.4的反应物界面中考虑其反应生成物选择需要考虑的产物进行分析。

                  （a）                                      （b）

图2.3燃料输入界面

最后确定相关单位及其考虑的性质。在如图2.5的界面完成整体数据输出。

图2.4反应物考虑组分界面                     图2.5最终输出界面

2.2 数学模型

2.2.1 基本方程

(1) 质量守恒方程：

(2) 能量守恒方程：

燃烧产物的总焓如(2-3)所示：

反应物的化学能(总焓)在燃烧时转化为热能，依据能量守恒定律，燃烧前后的总能量保持不变，即  。

(3)化学平衡方程：

                     dG=0; G=                                (2-4)

2.2.2 参数定义

把空气流量与燃料流量之比称作空燃比：

把1 kg 燃料完全燃烧所需要的空气量定义称作当量比：

把空燃比与当量比之比称作余气系数：

要想计算平衡状态下燃烧产物的组分，需要先得到反应物的假定化学式。固体火箭冲压发动机中的反应物由推进剂和氧化剂所组成，其假定化学式由下式表示：

2.2.3 燃烧产物求解

(1) 燃烧产物平衡组分方程

Gibbs自由能的定义为：

                                                            (2-9)

1 kg燃烧产物的自由能为：

各组分的自由能表示为：

                                                              (2-11)

道尔顿分压定律如下表示：

将式(2-12)代入式(2-11)可得：

                                             (2-13)