Математическое моделирование, синтез и устойчивость процессов в камере сгорания газотурбинных двигателей и энергетических установок

Математическое моделирование, синтез и устойчивость процессов в камере сгорания газотурбинных двигателей и энергетических установок

Автор: Иванов, Владимир Викторович

Шифр специальности: 05.13.18

Научная степень: Докторская

Год защиты: 2005

Место защиты: Казань

Количество страниц: 306 с. ил.

Артикул: 2979288

Автор: Иванов, Владимир Викторович

Стоимость: 250 руб.

Математическое моделирование, синтез и устойчивость процессов в камере сгорания газотурбинных двигателей и энергетических установок  Математическое моделирование, синтез и устойчивость процессов в камере сгорания газотурбинных двигателей и энергетических установок 

ВВЕДЕНИЕ.
ГЛАВА 1. МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА.
СОСТОЯНИЕ, ПОДХОДЫ, МОДЕЛИ КОМПОНЕНТОВ
РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА.
1.1. Основные требования к камерам сгорания ГТД и ЭУ
1.2. Моделирование компонентов и рабочего процесса камеры сгорания ГТД и ЭУ состояние вопроса, подходы и задачи,
решаемые при моделировании
1.2.1. Процесс смесеобразования распыливание топлива,
испарение, смешение с воздухом
1.2.2. Стабилизация процесса горения и связь ее с воспламенением смеси, распределением подвода воздуха и рециркуляцией
продуктов сгорания
1.2.3. Моделирование запаздывания процесса воспламенения
топлива.
1.2.4. Моделирование отвода тепла из зоны горения.
1.2.5. Моделирование химической кинетики
1.2.6. О выборе математической модели рабочего процесса
камеры сгорания.
1.2.7. Наиболее важные факторы рабочего процесса
при моделировании.
1.3. Упрощенная структура газовых потоков в камере сгорания. Схематизация рабочего процесса
1.3.1. Структура газовых потоков
1.3.2. Основные принятые допущения
1.4. Математические модели компонентов рабочего процесса
1.4.1. Впрыск топлива и смешение с воздухом.
1.4.2. Испарение топлива
1.4.3. Рециркуляция продуктов сгорания. Смешение, подогрев и воспламенение топливной смеси.
1.4.4. Модель химической реакции окисления топлива
1.4.5. Модель отвода тепла из зон смешения и горения
1.5. Математические модели компонентов
рабочего процесса с учетом запаздывания.
1.5.1. Учет запаздывания скорости химической реакции
1.5.2. Модель запаздывания испарения топлива
1.5.3. Модель запаздывания рециркуляции продуктов сгорания
1.6. Полная математическая модель рабочего процесса
камеры сгорания.
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1.
ГЛАВА 2. ЗАДАЧА СИНТЕЗА, МЕТОДЫ И АЛГОРИТМЫ
ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКИ УСТОЙЧИВОГО
РЕЖИМА ГОРЕНИЯ
2.1. Практическая устойчивость процесса горения в камере.
Общая постановка задачи об устойчивости горения.
2.1.1. Понятие практически устойчивого режима горения.
2.1.2. Задача обеспечения практически устойчивого
процесса горения
2.1.3. Задача обеспечения практически устойчивого процесса
горения с выбором допустимых режимов полета.
2.2. Метод построения частного решения ОЗУ ПГ.
2.2.1. Эквивалентное преобразование системы неравенств, необходимое и достаточное условие разрешимости ОЗУ ПГ.
2.2.2. Условие существования решения ОЗУ ПГ
2.2.3. Метод построения возможного направления спуска
2.2.4. Алгоритм построения точки К1 спуска
2.2.5. Модифицированный алгоритм задачи спуска.
2.3. Некоторые практические рекомендации по отладке математической модели
2.4. Численный метод построения двухпараметрической
области решений ОЗУ ПГ.
2.4.1. Идея метода и некоторые обозначения.
2.4.2. Рекуррентные формулы
2.4.3. Построение начальной точки линии границы
2.4.4. Алгоритм метода последовательного обхода
2.5. Теорема о сходимости метода последовательного обхода
2.5.1. Принятые предположения.
2.5.2. Оценка погрешности метода
2.5.3. Теорема о сходимости.
2.6. Разностный и разностноаналитический методы решения
задачи обеспечения практически устойчивого режима горения.
2.6.1. Преобразование краевой задачи к решению разностной
2.6.2. Разностноаналитический метод решения системы
уравнений на участке воспламенения
2.6.3. Некоторые аналитические решения задачи процесса горения
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 2.
ГЛАВА 3. АНАЛИЗ И СИНТЕЗ ПРАКТИЧЕСКИ УСТОЙЧИВЫХ ПРОЦЕССОВ ВОСПЛАМЕНЕНИЯ И ГОРЕНИЯ
В ПЕРВИЧНОЙ ЗОНЕ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ
3.1. Исследование влияния кинетики химической реакции окисления
3.1.1. Моделирование химической реакции окисления.
3.1.2. Разностная схема решения.
3.1.3. Моделирование запуска процесса горения.
3.1.4 Оценка качества переходных процессов
3.1.5. Численное моделирование запуска процесса горения
с учетом влияния параметров кинетики химической реакции.
3.1.6. К выбору исходных данных для расчетов
3.2. Исследование влияния параметров смешения на возможность реализации практически устойчивого режима горения.
3.2.1. Математические модели процесса смешения и горения
3.2.2. Численное исследование влияния параметров смешения на процессы воспламенения и горения
3.2.3. Сопоставление расчетов и экспериментальных данных
3.3. Исследование влияния внешних условий и синтез области параметров управления, обеспечивающих реализацию практически устойчивого режима горения.
3.4. Исследование инерционного запаздывания тепловыделения
в прямом течении камеры.
3.4.1. Моделирование запаздывания тепловыделения
3.4.2. Разностная схема процесса горения с запаздыванием
в прямом течении
3.4.3. Исследование влияния запаздывания тепловыделения.
3.4.4. Исследование влияния скорости , тепловыделения
на время воспламенения смеси. Сравнение с экспериментом.
3.5. Исследование запаздывания рециркуляции продуктов сгорания
3.5.1. Математическая модель запаздывания рециркуляции продуктов сгорания
3.5.2. Разностная схема процесса горения с запаздыванием
в обратном потоке.
3.5.3. Модифицированная разностноаналитическая схема моделирования запаздывания в обратном потоке
3.5.4. Численное исследование запаздывания продуктов сгорания
3.6. Анализ воспламенения и стабилизации процесса горения
при пониженных давлениях
3.6.1. Анализ физических особенностей процесса горения
в камере при пониженных давлениях.
3.6.2. Математическое моделирование воспламенения
и стабилизации процесса горения в камере
3.6.3. Численный анализ воспламенения и стабилизации
процесса горения при пониженном давлении
3.7. Обзор результатов численных расчетов и рекомендации
по выбору параметров рабочего процесса
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Литература


Результаты сравнения показывают, что наиболее обоснованной является модель, учитывающая перемежаемость и плотность вероятностей распределения температуры в турбулентной жидкости 0. Однако, как отмечают авторы , данная модель не учитывает изменение плотности распределения вероятностей изза тепловыделения и влияние пульсаций концентраций и требует, таким образом, дальнейшего развития. Зависимость запаздывания воспламенения от доли испарившегося топлива исследуется в работах , , , , , 9, 6. В обзоре работы 6 приводятся данные о моделировании задержки воспламенения зависимостью, основанной на экспериментальных данных о запаздывании воспламенения в функции от массовых долей реагентов. Как утверждается в работе 0, с. Аррениуса, отклоняясь от него по мере приближения температуры реакции к температуре воспламенения. Как указывается в работе 7, наиболее сильные отклонения наблюдаются при окислении углеводородов. Обоснованность идеи моделирования реакции горения с временным запаздыванием подтверждается результатами теоретических и экспериментальных работ по исследованию цепного механизма развития реакции 7, которые позволяют утверждать, что динамика реакции горения развивается во времени приближенно по экспоненциальной зависимости, т. Как показывают исследования, запаздывание воспламенения зависит от многих факторов турбулентности потока топливной смеси, химической кинетики, процесса рециркуляции, степени испарения топлива. Определение точных функциональных зависимостей между переменными, характеризующими процесс горения, и временем запаздывания воспламенения, как отмечается в работах 5, , 7, 0, 0, 9, представляет собой достаточно сложную и теоретически до конца не решенную проблему, а, по мнению авторов обзора , обоснованных и надежных моделей критериев задержки воспламенения нет. Одной из причин подобной незавершенности следует считать недостаточное понимание тех процессов, которые протекают в первичной зоне камеры сгорания, где собственно и происходит горение , . Поэтому разработка таких математических моделей представляет собой актуальную задачу. Другой подход к моделированию явления запаздывания компонентов рабочего процесса представлен в работах , , , 7, 2. Так, в работе 7 время запаздывания воспламенения рассматривается как время, необходимое для превращения капель жидкого топлива с момента его впрыска до момента превращения в продукты сгорания. ЖРД. В других работах , 2 двигательная установка рассматривается как система автоматического управления. Работа отдельных блоков такой системы описывается апериодическими звеньями с соответствующими постоянными времени запаздывания, например, время запаздывания процесса нагрева газа, процессов смесеобразования и горения . Величина данных постоянных запаздывания меняется в зависимости от режима работы двигателя и условий полета 2. В результате сгорания топлива из зоны горения выделяется значительное количество тепловой энергии, которое передается стенке жаровой трубы путем теплового излучения и конвективного переноса от горячих продуктов сгорания. Полученное стенкой тепло отводится посредством излучения на корпус камеры сгорания и конвекции к омывающему стенки жаровой трубы охлаждающему воздуху. Тепло, отданное корпусом в окружающую среду, мало, и в расчетах обычно не учитывается 7,7. При моделировании процессов горения будем рассматривать только отвод тепла из зоны горения и исследовать его влияние на процесс горения и его стабилизацию в камере. Проблема охлаждения стенок камеры сгорания здесь не рассматривается. Величины лучистых и конвективных потоков отводимого тепла зависят от формы и размеров камеры сгорания, от условий горения, вида топлива и пр. В стационарных условиях тепловые потоки к стенкам жаровой трубы изнутри равны тепловым потокам от трубы наружу и количество отводимого тепла является постоянной величиной. Однако процесс горения в камере является существенно нестационарным и характеризуется значительными градиентами температур и колебаниями ее значений от температуры газов вблизи стенки трубы, приблизительно равной температуре окружающего воздуха, до температуры продуктов сгорания 8.

Рекомендуемые диссертации данного раздела

28.06.2016

+ 100 бесплатных диссертаций

Дорогие друзья, в раздел "Бесплатные диссертации" добавлено 100 новых диссертаций. Желаем новых научных ...

15.02.2015

Добавлено 41611 диссертаций РГБ

В каталог сайта http://new-disser.ru добавлено новые диссертации РГБ 2013-2014 года. Желаем новых научных ...


Все новости

Время генерации: 0.245, запросов: 244