金属燃料水冲压发动机作为水冲压发动机的一个重要分支,具有能量密度大、比冲大、推力可调、绿色环保等特点,是一种新型的水下推进系统。本文选用铝粉作为金属燃料,水作为氧化剂。使用EDC模型和颗粒表面反应模型对铝粉燃料水冲压发动机内流场燃烧与流动过程进行数值模拟。首先,对AP/HTPB/A1复合推进剂燃烧过程进行数值模拟,将燃烧室压力与理论计算得到的平衡压力进行对比,验证数值模拟方法的正确性。然后对铝粉燃料水冲压发动机二维内流场进行数值模拟,计算不发生反应情况下铝颗粒与水蒸气的掺混流动。随后分别对发生反应情况下,氧化剂为雾化水滴与水蒸气的燃烧室内流场进行数值计算,分析内流场压力、速度、温度及组分的分布情况。比较燃烧室不同位置湍流动能、湍流动能耗散率、气相反应速率、反应物的分布情况。分析颗粒相中A1203含量、颗粒温度随时间的变化规律。研究发现,与氧化剂为雾化水滴情况下内流场相比,水蒸气情况下燃烧室压力、温度较高,颗粒驻留时间较短。两种情况下气相反应速率均随着湍流动能与湍流动能耗散率的增大而增大。其次,改变铝粉颗粒直径、二次进水位置、二次进水量,分析不同参数变化对发动机内流场的影响。铝颗粒直径越大,燃烧室温度越低,颗粒驻留时间越短,颗粒运动受到的干扰越小。二次进水位置与发动机头部距离越大,喷管入口截面上温度分布越不均匀。增大二次进水量,流场最终温度降低,工质增加,发动机推力增大。最后,对水冲压发动机三维内流场进行数值模拟,分析内流场中压力、速度、温度以及组分的分布情况。比较发动机不同位置气相反应速率与湍流动能、湍流动能耗散率、反应物浓度的分布情况,发现气相反应速率均随着湍流动能与湍流动能耗散率的增大而增大。与二维情况相比,三维情况下参数的分布规律基本相同,同时燃烧室压力、温度更高,颗粒的运动更为复杂,驻留时间更长。使用EDC模型和颗粒表面反应模型可以对铝粉燃料水冲压发动机内流场进行数值计算,得到了内流场中气相与颗粒相参数变化的规律,可以为实验研究工作提供一定的指导。