Численное исследование перехода турбулентного горения в детонацию в газах

• Автор: Алиари Шурехдели Шабан
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 111 с. : ил.

1. Состояние вопроса
1.1. Общая история проблемы
1.2.0бзор научных проблем, возникающих при моделировании
горения в многокомпонентных газовых смесей
1.2.1. Особенности математического описания исследуемой среды
2. Математическая модель турбулентного течения смеси реагирующих газов
2.1.Моделирование динамики многокомпонентной газовой смеси
2.1.1. Осреднение характеристик сжимаемой среды
2.1.2. Осредненные по Фавру уравнения динамики многокомпонентной газовой смеси
2.1.3. Моделирование турбулентности в рамках ка-эпсилон модели
2.1.4. Рабочий вид уравнений, моделирующих многокомпонентную газовую смесь
2.1.5. Уравнения динамики многокомпонентной газовой смеси в цилиндрической системе координат
2.1.6. Химические взаимодействия в многокомпонентной
газовой смеси
2.1.7. Граничные условия для характеристик многокомпонентной газовой смеси
2.1.8. Начальные условия в многокомпонентной газовой смеси
2.2.Моделирование зажигания смеси
3. Численная модель турбулентного горения многокомпонентной газовой смеси и ее алгоритмическая реализация
3.1.Численный расчет параметров смеси
3.1.1. Расчетная сетка для полей характеристик смеси
3.1.2. Векторная запись основных газодинамических уравнений
3.1.3. Расщепление временного шага по процессам
3.1.4. Стадия применения локального источника
3.1.5. Стадия учета конвективных потоков
3.1.6. Стадия учета вязких или диффузионных членов уравнений
4. Результаты вычислений
4.1. Верификация теоретической модели

4.2.Изменение давления, температуры и скорости фронта при переходе горения в детонацию
4.3.Влияние параметров зажигания, начальной температуры
и начальной турбулентной энергии на преддетонационную
длину и преддетонационное время в гладкой трубе
4.3.1. Влияние параметров зажигания и начальной турбулентной энергии на пред детонационную длину и преддетонационное время
4.3.2. Влияние начальной температуры на преддетонационную
длину и преддетонационное время
4.4.Влияние камер в секции зажигания
4.4.1. Влияние количества камер на преддетонационную длину и преддетонационное время
4.4.2. Влияние длины камеры и длины участки трубы, соединяющего камеры, на преддетонационную длину и преддетонационное
время в четырехкамерной трубе
4.4.3. Влияние перепада размеров поперечных сечений на преддетонационную длину и пред детонационное время в четырехкамерной трубе
4.4.4. Влияние условий зажигания и начальной температуры на пред детонационную длину и преддетонационное время в четырехкамерной трубе
4.4.5. Влияние начальной турбулентной энергии на преддетонационную длину и преддетонационное время в четырехкамерной трубе
4.4.6. Влияние коэффициента эквивалентности на преддетонационную длину и преддетонационное время в четырехкамерной трубе
Заключение
Список литературы

Актуальность темы. Изучение различных аспектов процесса возникновения детонационных волн в горючих газах является проблемой большой практической важности, ибо от ее эффективного решения зависят принципы организации рабочего процесса в энергетических установках на горении, а также пути развития техники взрывобезопасности.
При случайных взрывах на химических предприятиях детонационные волны чаще всего инициируются ускоряющимся пламенем. Следовательно, теоретический анализ развития детонации от начального очага горения и выяснение влияния, которое могут оказать на этот процесс свойства среды и ее конфигурация оболочки, имеют большое значение для практики. Особой интерес представляет расстояние между точками, где начинается горения и где окончательно формируется стационарная детонационная волна. Повышение внимания к процессу перехода горения в детонацию вызвано новейшими разработками пульсирующих детонационных устройств. Вероятное использование принципов детонации в создании новых поколений двигателей поместил проблему перехода горения в детонацию на вершине современных исследований. Переход горения в детонацию является ключевым фактором, который характеризует цикл операции пульсирующего детонационного двигателя. Поэтому стала острой проблема управления переходом горения в детонацию в газо-воздушных смесях.
Настоящая работа посвящена как теоретическим, так и программноалгоритмическим аспектам моделирования горения многокомпонентных газовых смесей. В работе подробно рассматриваются этапы построения математической модели и ее численного представления; приведены результаты расчетов для случая осесиметричного горения в закрытом объеме, которые сравниваются с экспериментальными данными.
Цели и задачи исследования. Проблема, решаемая настоящим исследованием - разработка математической и вычислительной модели горения многокомпонентных газовых смесей с учетом турбулентности течения и химических превращений, которая дает возможность исследовать влияние различных факторов на процесс перехода горения в детонацию.
На пути указанного результата стоят следующие задачи:

*м-*1
п=- Л/Ц-//.У
гн~г;
0ч/ >.;+!—
Операторы £>/,О/,О/, О/,£>+,£) в применении к узлу сетки (г, у)суть следующие:
, _ />1,7 ~ А; р - / /■ _ А> ~ /|-1.У
Ог-(/) = -^—, (3.1.30)
0 0
р+(/)=2г*л-'*1~г>/1,), г>~(/) = 2г'~'{м~1 0+. -о 0 -0
Операторы , Д. являются модифицированными суммами соответствующих операторов Д,Д для случая пристеночных узлов и пристеночной модели турбулентности. В обычном случае (внутренние узлы, не соседние к стенке , либо соседние при использовании модели Лама - Бремхоста) имеют место соотношения:
Гд‘ = Д+ + 0"
( х х (3.1
Рассмотрим для примера один из вариантов, когда оператор О/может не совпадать с соответствующей ему суммой оператором О/ + О/. В этом случае, когда мы рассматриваем узел (1 = 1,7) при 0< у'<иГ-1, при выборе пристеночной модели турбулентности, производная 1)г по х будет вычисляться не по конечной разности, а по модифицированному оператору, который будет использовать пристеночный закон для профиля скорости. Найдем вначале по формуле(2.1.59) безразмерное значение расстояния у+, соответствующее расстоянию от стенки до узла (/, у):
о С у*к 1/2 У'-*4 ц (*,-*»)•

По формуле для логарифмического профиля и формуле для обезразмеривания скорости (2.1.60-61) находится значение модуля радиальной скорости, соответствующее уже вычисленному у+:
^1п(ЕУ*) при У+>У0+.

[у+ при у+ < у;.
Далее проводится сравнение (у,), и о*: в том случае, когда вычисленное по
логарифмическому профилю значение скорости потока превышает |(уг ),•,]> то
мы делаем вывод, что узел (/,у) лежит во внешнем потоке, либо происходит отрыв потока от стенки. В этом случае для вычисления нормальной