Численное моделирование химических процессов в пламенах газофазных и конденсированных систем

• Автор: Ермолин, Николай Егорович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 453 с. : ил.

Условные обозначения
1. ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТА ХИМИЧЕСКИ НЕРАВНОВЕСНЫХ ПРОЦЕССОВ
1.1. Обзор разностных методов решения уравнений Эйлера и Навье - Стокса
1.2. Метод выделения ведущих стадий процесса
1.3. Метод расчета неравновесных пространственно однородных нестационарных процессов и стационарных течений в каналах в квазиодномерном приближении
1.4. Разностная схема расчета неравновесных стационарных сверхзвуковых течений
1.4.1. Схема распада разрыва для расчета неравновесных течений
1.4.2. Построение больших величин IV, р
1.4.3. Определение газодинамических функций
1.4.4. Аппроксимационные свойства схемы
1.4.5. Газодинамика неравновесного течения в каналах
1.5. Разностная схема расчета неравновесных течений на основе полных уравнений Навье-Стокса
1.5.1. Вычисление диффузионных потоков
1.5.2. Преобразование системы уравнений
1.5.3. Конечно-разностная схема
1.5.4. Расчет течений реагирующего вязкого газа в каналах
1.6. Метод расчета низкоскоростных течений реагирующего газа
1.6.1. Система уравнений для описания низкоскоростных течений реагирующего газа
1.6.2. Описание вычислительного алгоритма
1.7. Выводы
2. ИССЛЕДОВАНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ПЛАМЕНИ ПЕРХЛОРАТА АММОНИЯ
2.1. Обзор результатов экспериментального и теоретического исследования термического разложения и горения перхлората аммония
2.1.1. Физические свойства перхлората аммония
2.1.2. Механизм и кинетика термического разложения перхлората аммония
2.1.3. Основные закономерности горения перхлората аммония

2.1.4. Вклад реакций в конденсированной и газовой фазе в процесс горения перхлората аммония
2.1.5. Кинетика газофазных процессов
2.2. Моделирование кинетики и механизма химических реакций в пламени перхлората аммония
2.2.1. Экспериментальные и расчетные данные по химической структуре пламени перхлората аммония
2.2.2. Механизм реакций. Константы скоростей
2.2.3. Результаты расчета кинетики на основе уравнений Эйлера. Выделение ведущих стадий процесса
2.2.4. Расчет химической структуры пламени на основе уравнений Навье-Стокса. Сопоставление с экспериментом
2.2.5. Влияние газофазных реакций на процесс разложения конденсированной фазы
2.2.6. Оценка достоверности результатов расчета и кинетического механизма
2.3. Модификация кинетического механизма для расчета химических процессов в пламенах хлорной кислоты с аммиаком
2.3.1. Механизм реакции NH2 с О2
2.3.2. Расчет кинетических параметров реакции NH2 + О2 ь HNO + ОН
2.3.3. Модификация кинетического механизма. Сравнение расчетных и экспериментальных данных по химической структуре пламен хлорной кислоты с
аммиаком
2.4 Выводы
3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ПЛАМЕНИ ГЕКСОГЕНА
3.1. Механизм и кинетика термического разложения циклических нитраминов
3.1.1. Физические свойства циклических нитраминов
3.1.2. Термическое разложение нитраминов в конденсированной фазе при
температурах ниже точки кипения
3.1.3. Высокотемпературный пиролиз нитраминов
3.1.4. Формальные кинетические параметры термического распада
нитраминов
3.2. Моделирование горения циклических нитраминов
3.2.1. Физические параметры волны горения
3.2.2. Химическая структура пламени
3.2.3. Математическое моделирование

3.3. Исследование свойств кинетического механизма для описания химической структуры пламени
3.3.1. Кинетический механизм
3.3.2. Формулировка задачи и исходные данные для расчетов
3.3.3. Структура пламени при действии внешнего потока излучения. Роль отдельных стадий и компонентов
3.3.4. Самоподцерживающееся горение гексогена
3.3.5. Построение укороченной кинетической схемы
3.4. Выводы
4. МОДЕЛИРОВАНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ПЛАМЕНИ ДИНИТРАМИДА АММОНИЯ
4.1 Термическое разложение ADN
4.2. Горение составов на основе ADN
4.3. Анализ экспериментальных данных по составу продуктов термического разложения

4.4. Анализ экспериментальных данных по химической структуре пламени ADN
4.5. Кинетический механизм для описания химической структуры пламени ADN
4.6. Моделирование процесса пиролиза продуктов сублимации динитрамида аммония в
условиях низких давлений
4.7. Структура пламени ADN
4.7.1. Исследование химических процессов в первой зоне тепловыделения в пламени ADN. Реакция NH3 с HN(NC>2)2 в условиях умеренных давлений
4.7.2. Химические процессы во второй зоне тепловыделения пламени ADN
4.7.3. Третья зона тепловыделения в пламени ADN. Разложение N2O и NO, формирование равновесных составов О2, Н2О , N2
4.8. Редукция кинетического механизма
4.9. Выводы
5. ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ПЛАМЕНАХ КОНДЕНСИРОВАННЫХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ ПЕРХЛОРАТА АММОНИЯ И ПОЛИБУТАДИЕНОВОГО КАУЧУКА
5.1. Структура пламен, кинетика и механизм химических реакций в пламенах
гомогенизированных смесевых составов
5.2. Кинетические параметры формальных реакций

Рис.1.7. у0 = 104, к = 0
Рис.1.8 уо = 0, к = 0 Рис.1.9 уо = 0.01905, к = 0
соответствует действительному. Заметим лишь, что газодинамические функции в нем монотонны, а компоненты с малыми значениями концентраций немонотонны.
Интерес к исследованию процессов в прямоточных воздушно-реактивных двигателях со сверхзвуковыми камерами сгорания возник в связи с разработкой перспективных гиперзвуковых летательных аппаратов [74-76]. Горение в таких двигателях представляет собой сложный трехмерный процесс. Поэтому до настоящего времени при исследовании горения находят применение приближенные методы. При упрощенном подходе принимается [56], что процесс горения происходит в камере постоянного давления, камере постоянного сечения или камере с постоянным числом Маха. Такой подход в предположении одномерности течения позволяет получить характеристики двигателя без учета геометрических форм камер сгорания, распределения топлива, протекания процессов смешения, горения и теплообмена. Более полным является моделирование