Исследование пространственных двухфазных высокоскоростных потоков в камерах сгорания

• Автор: Ананьев, Анатолий Викторович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 134 с. : ил.

Содержание
Введение
Г лава 1. Математическая модель
1.1 Математическая модель газовой динамики
1.2 Модель термодинамики
1.2.1 Термодинамика газа
1.2.2 Теплофизические свойства углеводородных
топлив
1.3 Модель коэффициентов переноса
1.4 Модель газофазных химических реакций. Уравнения химической кинетики
1.5 Расчёт параметров дискретной фазы
1.5.1 Модель сопротивления испаряющейся частицы
Т.5.2 Модель тепломассообмена' испаряющейся
частицы
1.5.3 Задание спектра распыления форсунок
Глава 2. Метод численного решения
2.1 Алгоритм численного решения системы дифференциальных уравнений
2.2 Задание начальных условий
2.3 Задание граничных условий
2.4 Переход от непрерывного к дискретному спектру распыла форсунок
2.5 Адаптация алгоритма решения под различные параллельные платформы
Глава 3. Экспериментальное исследование процессов в камерах сгорания
3.1 Экспериментальная установка для-камеры ПВРД
3.2 Определение полноты сгорания в камере ПВРД
3.2.1 Определение полноты сгорания по данным измерения полного давления в критическом сечении сопла
3.2.2 Определение полноты сгорания по данным измерения статического давления в “холодном” сечении камеры
3.3 Экспериментальные данные и результаты их обработки
3.4 Стендовая базы для проведения испытаний модели ГПВРД
3.5 Экспериментальные исследования
3.6 Анализ результатов
Глава 4. Численное моделирование трёхмерных высокоскоростных течений в камерах сгорания
4.1 Выбор параметров моделей, верификация численного метода

4.2 Численное моделирование течений в экспериментальных
моделях, сравнение с экспериментом
4.2.1 Результаты расчёта течения в модельной камере
4.2.2 Сравнение с экспериментальными данными по горению за уступом центрального тела в осесимметричной камере
4.2.3 Моделирование прогара стабилизаторов в камере сгорания
4.2.4 Расчёт процесса смесеобразования и горения в модельной сверхзвуковой камере сгорания
Заключение
Список использованных источников

Введение
Работа посвящена исследованию процесса смесеобразования и горения в до- и сверх- звуковом потоке.
В прямоточных воздушно-реактивных двигателях, использующих керосин в качестве топлива, в камерах сгорания реализуется течение газокапельной смеси. Эта смесь образуется при впрыскивании жидкого керосина в камеру в поток атмосферного воздуха. При этом керосин дробится на капли различного размера, спектр которых определяется видом форсунки и направлением впрыска по отношению к потоку. В газокапельной смеси происходят процессы фазовых переходов, неравновесных газофазных химических реакций и процессы переноса.. Кроме того, расчёт процессов в камере осложняется необходимостью моделирования- сложной геометрии (учёт возмущений от топливных коллекторов, стабилизаторов, рубашек охлаждения и т.п.).
Основное направление развития воздушно-реактивных двигателей это увеличение числа Маха, а, следовательно, допустимой высоты, полёта. Увеличение скоростей приводит к возрастанию температуры на входе в камеру сгорания, а так же в самой камере. Одним из наиболее перспективных технических решений является переход к сверхзвуковым скоростям в камере сгорания, а следовательно и горению в сверхзвуковом потоке. Это приводит к дополнительным трудностям, связанным со стабилизацией процесса горения и обеспечением высокой полноты сгорания топлива. В дозвуковом потоке стабилизация пламени происходит в застойных зонах за плохообтекаемыми телами. Использование стабилизаторов пламени в сверхзвуковом потоке приводит к дополнительным скачкам уплотнения и потерям полного давления, а, следовательно, снижению эффективности процесса работы двигателя в целом. Одним из возможных решений этой проблемы является стабилизация пламени на струях.
1.5.1 Модель сопротивления испаряющейся частицы
В модели сопротивления и тепломассообмена испаряющейся частицы задаётся конкретный вид соотношений, которые являются замыкающими для уравнений (1.20) - (1.23) и описывают зависимость тт, тТ, ти от текущих значений параметров частиц и обтекающего её газа.
При рассмотрении двухфазного течения уравнение движения частицы может быть рассчитано по формуле

где с11 - диаметр частицы, р, р1 - плотность газа и вещества частицы соответственно, С0 - коэффициент лобового сопротивления, и, и1 скорость газа и частицы соответственно.
Для целей настоящей работы наиболее предпочтительной является, широко используемая на практике, система соотношений, предложенная Хендерсоном [36], которая позволяет описать изменения коэффициента сопротивления в широком диапазоне чисел Маха и Рейнольдса Сд,0<М<1

С'п (1,Яе) +-(М - 1)[с'в (1,75,Яе) - С (1,Яе)],1 < М <
С20,М>

Яе+.у
, 3.65~.53Т,/Т
4.33 +
1 +0.353 Д/Г
0.247 Яе
+ 0.6.У
ґ ( МлЛ
1-ехр
I Яе

4.5 + 0.38(0.03Яе+ 0.48л/Яе) 1 + 0.03 Яе+ 0.48/Яе
+ 0.1М + 0.2М

0.5 М л/яё