Исследвоание пространственных вязких течений в каналах сложной конфигурации

• Автор: Лаптев, Игорь Вячеславович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 136 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Постановка задачи
1.1. Конструктивные особенности поворотного управляющего сопла
1.2. Конструктивные особенности донных насадков многосопловых
двигательных установок
1.3. Физические особенности течений в поворотном управляющем сопле и
донном насадке многосопловой двигательной установки
1.4. Обзор литературы
1.4.1. Экспериментальные работы по исследованию течений в ПУС
1.4.2. Экспериментальные работы по исследованию течений
применительно к донным насадкам многосопловых установок
1.4.3. Теоретические и расчетные исследования
1.5. Задачи исследования настоящей работы
2. Метод численного моделировании пространственных вязких течений
2.1. Математическая модель пространственных вязких течений
2.1.1. Система уравнений движения
2.1.2. Граничные и начальные условия
2.1.3. Модель турбулентности
2.2. Метод численного моделирования
2.2.1. Методика постановки граничных условий на поверхностях
произвольной формы
2.2.2. Разностные схемы метода крупных частиц для уравнений типа
Навье-Стокса. Способ расчета турбулентных коэффициентов переноса. Условия устойчивости
2.2.3. Метод крупных частиц для расчетов на многосеточных
областях с ячейками различного размера
2.3. Верификация физико-математической модели и расчетного метода
2.4. Комплекс программ для расчета вязких пространственных течений
3. Результаты численного моделирования вязких трехмерных течений в
каналах и соплах сложной конфигурации
3.1. Численное моделирование течений в поворотном управляющем сопле
(ПУС)
3.1.1. Истечение газа из ПУС
3.1.2. Истечение газа из ПУС в область повышенного
противодавления
3.1.3. Методика определения бокового управляющего усилия
3.2. Численное моделирование течений в многосопловых ДУ с донными
насадками
3.2.1. Особенности моделирования течений в 4-соиловой ДУ с
донным насадком
3.2.2. Параметрические расчеты течений для модельных 4-сопловых
ДУ с насадком
3.2.3. Численное моделирование течений в двигателе 14Д23 с
донным цилиндрическим насадком

4. Экспериментальные исследования пространственных течений газа и
анализ результатов
4.1. Экспериментальные исследования течений газа применительно к
многосопловым ДУ с донными насадками
4.1.1. Экспериментальные исследования на модели 4-соплового
блока с насадком па ДГУ
4.1.2. Методика определения дополнительного усилия, создаваемого
насадком
4.1.3. Результаты экспериментальных исследований модели насадка
на дифференциальной газодинамической установке
4.1.4. Экспериментальные исследования течений в донном насадке в
условиях вакуума
4.1.5. Модель 4-соплового блока с донным насадком для вакуумных
испытаний. Тягоизмеритслыюе устройство
4.1.6. Результаты экспериментальных исследований течений в
донном насадке в условиях вакуума
4.1.7. Использование сверхмидельных насадков различной
конфигурации
4.1.8. Сравнение расчетных и экспериментальных данных по
моделированию течений в донных насадках четырехсопловых
установок
4.2. Исследование течений газа в ПУС
4.2.1. Экспериментальная модель для исследования течений в ПУС
на различных режимах
4.2.2. Результаты экспериментальных исследований при расчетном и
нерасчетном (высокое противодавление) режимах
4.2.3. Анализ и обобщение экспериментальных данных. Сравнение с
расчетными результатамими
Заключение
1 э О
Список использованных источников

Введение.
В настоящее время в связи с необходимостью решения ряда практических задач большое внимание уделяется исследованию вязких течений, характеризующихся наличием сметанных до- и сверхзвуковых областей, сложных систем скачков уплотнения, отрывных зон и др. Этой проблеме посвящены многочисленные теоретические, расчетные и экспериментальные работы. Разработано большое количество моделей и методов расчета вязких течений в каналах и соплах ракетных двигателей. Созданы различные инженерные методики определения параметров потока в той или иной конструкции. Однако существует ряд задач, которые еще не получили удовлетворительного решения. Одной из важнейших проблем является исследование вязких трехмерных течений в каналах сложной конфигурации. Тем более что в последнее время появляется ряд задач, требующих расчетных и экспериментальных исследований течений именно такого вида. Такими примерами могут служить истечение газа из поворотного управляющего сопла в область повышенного внешнего противодавления. Это трехмерное течение, где существуют как дозвуковые, так и сверхзвуковые области. На нерасчетном режиме истечения газа из сопла образуется сложная система пространственных скачков уплотнения. Так же в этой задаче ярко выражены вязкостные эффекты, связанные с взаимодействием скачков уплотнения с пограничным слоем вдоль стенки сопла с образованием отрывных зон и возвратных течений. Другим примером рассмотренных выше течений может служить течение в донных насадках многосопловых двигательных установок. Здесь взаимодействие сопловых струй между собой усложняется наличием внешней цилиндрической обечайки насадка. Газ, натекая на неё, образует сложную систему скачков уплотнения, вихревых зон, дозвуковых областей у дна насадка и т.д.

2.2. Метод численного моделирования.
Для расчета параметров газового поля применяется трехмерный вариант метода крупных частиц [2], модифицированный автором. Суть метода состоит в расщеплении нестационарной системы уравнений движения, записанных в форме законов сохранения, по физическим процессам. Стационарное решение, если оно существует, получается методом установления. Поэтому весь процесс вычислений состоит из многократного повторения шагов по времени. Расчет каждого временного шага в свою очередь разбивается на три этапа:
• Эйлеров этап, когда пренебрегаем всеми эффектами, связанными с перемещением элементарной ячейки (потока массы через границы ячеек нет), здесь для . крупной частицы определяются промежуточные значения искомых параметров потока(«,у,тт, Ё);
• Лагранжев этап, где при движении жидкости вычисляются потоки массы через границы эйлеровых ячеек;
• Заключительный этап, на котором определяются в новый момент времени окончательные значения газодинамических параметров потока (и, V, г, Е, р ) на основе законов сохранения массы, импульса и энергии для каждой ячейки и всей системы в целом на фиксированной расчетной сетке.
Метод крупных частиц относится к методам сквозного счета, позволяющим проводить расчет в областях с сильными разрывами без предварительного выделения особенностей. Среда здесь моделируется системой из жидких (крупных) частиц, совпадающих в данный момент времени с ячейками эйлеровой сетки.