航天发射任务中,在发射准备阶段,对于使用氢氧燃料的大型液体火箭发动机,在点火前的短时间里,往往会有大量氢气排放至大气中。采取有效的措施处理发动机排放出的低温氢气,对于保证发射场设备及人员安全,航天器的顺利发射具有重大意义。本文借鉴了国际上解决该问题时大都采用的处理形式,即直接燃烧法处理发动机短时间里排放出的低温氢气,对比分析了高温热源、热射流、明火焰、点火发动机射流四种点火方法的优劣,在综合对比常见点火源应用场合及点火能力的基础上,最终的点火方法被确定,即利用其含有大量金属颗粒的高温两相射流场作为点火源引燃排放的氢气。在利用FLUENT软件对点火发动机高速多相燃气射流流场进行仿真模拟时,采用欧拉-拉格朗日方法,气相求解Navier-Stokes可压缩方程组,颗粒相用颗粒轨道模型描述。获得尾焰射流的温度场和速度场,以及高温颗粒的空间分布情况。同时对点火发动机的安装形式进行设计和优化,包括位置、数量、组合方式,以获得最佳方案确保点火成功的可靠性。最后借助流体建模及仿真软件对变流量变初温的低温氢气扩散燃烧过程进行三维瞬态模拟,揭示了燃烧排放过程中组分浓度、温度和热辐射的空间分布及变化情况,对低温氢气的安全排放及周围设备的热防护提供相应参考。通过研究发现:氢的最小点火能在毫焦量级,点火源温度大于1100K时,基本满足点燃氢气的温度要求;颗粒直径对气相和颗粒相的温度影响较大。当射流中含多组粒径的颗粒时,温度为1100K的燃气等值面沿射流方向的长度约为1.1m;直径为50μm的颗粒喷出到4.6m处时,其温度依然高于1100K,直径为20μm的颗粒喷出到2.7m时,其温度在1100K左右,直径为10μm的颗粒,在距喷口 1.9m的位置处其温度约为1100K,直径为5μm的颗粒,在距喷口 1.4m的位置处其温度保持在1100K附近。射流场中存在满足点燃氢气的温度区域,两相射流场可作为燃氢的媒介。布置多个偶数台点火发动机,包抄角为147.35°时,稳定工作后,其高温尾流场相互作用形成的高温区域满足氢气临界点火温度的要求;燃烧初期,火焰的影响区域主要集中在喷口下方至导流槽上方的空间,随着燃烧的进行,燃烧产物会在浮升力的作用下蔓延至排氢喷管出口平面的上方区域,需要在排氢喷管周围及上方区域做好隔热防火措施。