Пространственная газодинамика и теплообмен в предсопловом объеме ракетных двигателей твердого топлива

• Автор: Чернова, Алена Алексеевна
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Ижевск
• Количество страниц: 163 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Сокращения и обозначения
Введение
Глава 1 Обзор и анализ литературы по внутрикамерной газодинамике и теплообмену в проточных трактах РДТТ
1.1 Классификация течений в РДТТ
1.2 Характеристика методов исследования внутрикамерных процессов в РДТТ
1.3 Развитие основных подходов к реализации численного
эксперимента в газодинамике
Глава 2 Математическое моделирование газодинамики и теплообмена в ПО РДТТ
2.1 Методы моделирования внутрикамерных процессов
2.1.1 Математические модели, используемые для расчета
внутренней газодинамики РДТТ
2.1.2 Используемый математический аппарат: применяемые уравнения
2.1.2 Характеристика и классификация подходов
2.1.4 Модели турбулентности, применяемые для решаемого класса задач
2.2 Постановка задачи: начальные и граничные условия
2.3 Построение моделей и расчетных сеток
2.4 Основные понятия топологии течений
Глава 3 Влияние формы заряда на газодинамику и теплообмен в предсопловом объеме
3.1 Расчет течения продуктов сгорания в многосопловом двигателе
с зарядом канально-щелевого горения
3.1.1 Результаты расчетов
3.1.2 Механизм образования парных вихревых структур в канале
и их трансформация при увеличении коэффициента Ке
3.1.3 Влияние коэффициента на структуру потока в камере и
процессы теплообмена в КС
3.1.4 Верификация результатов расчета
3.2 Расчет течения продуктов сгорания в крупногабаритном двигателе с зарядом звездообразной формы и утопленным поворотным соплом
3.2.1 Результаты расчета
3.2.2 Верификация результатов расчета
3.3 Расчет течения продуктов сгорания в заманжетном пространстве
камеры сгорания РДТТ с утопленным соплом
3.3.1 Результаты расчетов
3.3.2 Верификация расчетных данных
Глава 4 Газодинамика и теплообмен предсоплового объема ТРДУ с торцевым зарядом и многосопловой крышкой
4.1 Газодинамика предсоплового объема ТРДУ с
торцевым зарядом и четырехсопловой крышкой
4.2 Влияние геометрии ПО на структуру потока в ПО ТРДУ
4.2.1 Влияние величины угла между газоходами на структуру
течения в пред сопловом объеме
4.2.2 Влияние длины ПО на структуру потока
4.3 Газодинамика ПО ТРДУ с торцевым зарядом и шестисопловой
крышкой
4.4 Исследование структуры потока ПС в ПО КС двухсоплового ТРДУ
4.4.1 Влияние величины свободного объема на структуру потока в
камере
4.4.2 Влияние кривизны соплового днища на структуру потока в камере
4.5 Общая характеристика внутрикамерных процессов, протекающих
в ТРДУ с зарядами торцевого горения
4.6 Верификация встроенных в Ansys моделей турбулентности на
примере задачи о течении ПС в ПО
Заключение
Список использованной литературы
СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ
I - инвариант первого порядка;
II - инвариант второго порядка;
Ь - тензор внутренних напряжений;
С; - модельные коэффициенты;
Ср -теплоемкость при постоянном давлении;
Су - теплоемкость при постоянном объеме; с1 - диаметр камеры;
Бу - диффузионные компоненты;
Б - объемная сила (плотность распределения объемных сил);
Б] - весовая функция;
/. - диссипативный член;
Б - расход газа;
Са— расход газа через входную границу расчетной области; к - турбулентная кинетическая энергия;
п - единичный вектор, направленный по нормали к поверхности;
N11 - число Нуссельта: № = , —г;
Л{Т„ -Т„)
р - давление;
ра - давление газа на входной границе расчетной области; Ру - член генерации турбулентности;

Р - тензор напряжений: Р

_ _ Су
Рг - число Прандтля: Рг = —1—;

ц - вектор плотности теплового поток; Я - универсальная газовая постоянная;
Яе - число Рейнольдса: Яе = —;

моделей турбулентности [63]. Реализация метода в вычислительной практике основана на использовании моделей Спаларта-Аллмараса [198] и Ментера [192-194]. Модель описывается следующим образом:
- ширина фильтра модели:
На данный момент времени остается актуальным вопрос об адекватности DES в области перехода от Рейнольдсовых моделей турбулентности к модели крупного вихря.
Необходимо отметить, что на сегодняшний день не ясны ни оптимальный выбор сеточной модели, ни обоснование этого выбора для моделей турбулентности LES и DES, также отсутствуют универсальные пристеночные функции, обеспечивающие уменьшение узлов вблизи стенки. Таким образом, затруднено применение данных моделей для расчетов течений с малыми отрывными зонами и точками перехода [63].
Модель турбулентности к-є. Наиболее широко применяемая и протестированная на многих задачах двухпараметрическая модель турбулентности.
Стандартная модель турбулентности позволяет получить достаточно точные результаты для каналов с двухсторонним вдувом (аналог каналов зарядов РДТТ) при различных оформлениях поперечного сечения канала
Д = шах{Дх, Ay,Az},
(2.19)
диссипативный член:
(2.20)
[63,185].
Модель включает в себя:
- уравнение переноса кинетической энергии турбулентности:
(2.21)
- уравнение для диссипации кинетической энергии турбулентности: