Структурно-элементное моделирование газоструйных систем

• Автор: Бобышев, Святослав Васильевич
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 269 с. : ил.

1. Методология структурно—элементного моделирования газоструйных процессов. Базовые физико-математические модели
1.1 Осесимметричное истечение газа в вакуум
1.2 Определение положения точки нерегулярного отражения
на скачке уплотнения в осесимметричном потоке
1.3 Моделирование процесса формирования волновых процессов под воздействием расходного и геометрического факторов
1.4 Математическая модель процесса отражения волн от наклонных поверхностей
1.4.1 Критерий нарушения динамической совместности скачков в тройной точке при стационарных и движущихся отраженных
косых скачках уплотнения
1.4.2 Структура течения в области ветвления скачков
1.4.3 Физико-математическая модель процесса нарушения и восстановления динамической совместности скачков в тройной точке
1.4.4 Сопоставление результатов расчета с результатами экспериментов
1.4.5 Математическая модель процесса развития нерегулярного отражения волн от наклонных поверхностей
2. Физико-математические модели для расчета неизобарической турбулентной струи
2.1 Расчет газодинамических параметров в изэнтропической зоне
2.2 Граница струи идеального газа
2.3 Построение висячего скачка уплотнения
2.4 Расчет газодинамических параметров в сжатом слое
2.5 Расчет параметров газового потока в поперечных сечениях, расположенных до точки отражения висячего скачка
2.6 Расчет отраженного скачка уплотнения и параметров набегающего на него потока
2.7 Математические модели для расчета первой разгонной зоны
2.7.1 Расчет изменения газодинамических параметров на оси струи в пределах первого участка разгонной зоны
2.7.2 Расчет газодинамических параметров в поперечном сечении, разграничивающем первую и вторую ударно-волновые конфигурации
2.7.3 Определение параметров газового потока в выбранных поперечных сечениях х на участкех_ш)<х <хк
2.7.4 Проверка адекватности разработанной математической модели
3. Исследования автоколебательного режима взаимодействия
неизобарических струй с полузамкнутыми полостями
3.1 Газодинамическая структура автоколебательного процесса взаимодействия неизобарических струи с циливдро-коническими полостями. Разработка физической модели
3.2 Критерий возникновения автоколебательного режима взаимодействия
с полузамкнутыми полостями
3.3 Расчет распространения волн сжатия в цилиндрических каналах
3.4 Расчет распространения волн сжатия в конических каналах
-3.5 Модель процесса опорожнения полузамкнутой полости
3.6 Моделирование процесса установления и поддержания автоколебательного процесса
3.7 Методы аналитической оценки амплитудно-частотных характеристик резонаторов
3.8 Поиск оптимальных схем газоструйных резонаторов
3.9 Проверка адекватности разработанных математических моделей
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
ЛИТЕРАТУР А

Актуальность проблемы
Газодинамические процессы, сопровождающие старты ракет и космических. аппаратов, во многом определяют их технический облик, т.к. с этими процессами связаны возможности возникновения аварийных ситуаций, которые не-обходимо исключить путем соответствующего выбора газодинамических схем старта, конструкционных материалов, прочностных, жесткостных и массогабаритных характеристик отдельных узлов и деталей. В отличие от ракетно-космической техники, где необходимо минимизировать воздействие газоструйных течений и явлений их сопровождающих, в ряде отраслей техники и производства именно эти течения положены в основу производственного цикла, и от реализации оптимального сочетания параметров газодинамического процесса в решающей степени зависит качество выпускаемой продукции, экономическая эффективность и экологичность технологических процессов.
* Как бы ни видоизменялись мартеновский и конверторный процессы производства стали, основу их составляет взаимодействие газовых струй с расплавом, а сверхзвуковые струи кислорода и нейтрального газа являются одним из главных инструментов для воздействия на расплавленный металл с целью получения требуемого химического состава.
В агрегатах газовой сварки, резки, огневой зачистки металла и газотермического напыления весь ход технологического процесса определяется параметрами газоструйного течения.
Очень перспективным направлением в создании новых высокоэффективных технологий является уникальная возможность получения стабильных пульсаций давления и высоких температур при взаимодействии струй с полузамкнутыми полостями различной формы. В настоящее время уже достаточно широко используются акустические волны, излучаемые при таких взаимодействиях во внешнюю среду. Это устройства для интенсификации реакторных процессов и пламени горелок, коагуляции и осаждения аэрозолей, пылеподавления, нашед-

1.4.1. Критерий нарушения динамической совместности скачков в тройной точке при стационарных и движущихся отраженных косых скачках уплотнения.
Согласно критерию фон Неймана [ 19 ], маховские отражения возникают тогда, когда падающие скачки становятся слишком сильными для возможности простых (регулярных) отражений. Критерий фон Неймана соответствует такому значению интенсивности падающего скачка, при которой в точке отражения
отношение давлений окажется равным величине: = 1 + ^ • (м ? - П.
Р У +
При этбм число Маха набегающего потока М становится равной числу Маха
скорости движения ударной волны в неподвижной среде —. Обозначим угол

наклона падающего скачка, соответствующий критерию фон Неймана /? 1Лг. Дальнейшее увеличение угла наклона скачка Р приведет к нестационарному процессу, при котором сформировавшаяся при нерегулярном отражении ма-ховская ветвь движется вверх по потоку, а наклонный отраженный скачок уплотнения, либо остается остановленным до некоторого предельного значения своей интенсивности, либо двигается более медленно, чем маховская ветвь. Между перемещающимися скачками образуется поверхность, претерпевающая распад. Процесс распада ослабляет маховскую ветвь, а волны сжатия, распространяясь перед косым скачком, приводят к восстановлению тройной точки, ликвидируя поверхность разрыва. Этот непрерывный процесс одновременного нарушения и восстановления динамической совместности скачков представляет собой, по существу, единый, сложный газокинетический процесс преобразования тройной точки, перемещающий ее вдоль падающего скачка уплотнения, изменяющий количественно характеристики поля течения в малой области ударного слоя и завершающийся в момент установления стационарного течения. Разработка физико-математической модели такого процесса невозможна, если рассматривать скачки уплотнения и тангенциальный разрыв как математические поверхности.