Математическое и экспериментальное моделирование тепломассопереноса в каналах камер сгорания энергетических установок

• Автор: Кирпичев, Михаил Иванович
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 120 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
1. Физическое представление картины течения процессов смесеобразования в камере сгорания ЖРД
1.1. Состояние вопроса
1.2. Особенности постановки и решения задач идентификации математических моделей тепломассопереноса в каналах
1.3. Выводы и задачи исследования
2. Моделирование гидродинамических и тепловых процессов в камере сгорания
2.1. Вводные предпосылки
2.2.0собенности формирования идентификационных математических
моделей
2.3.Нелинейное программирование в задачах параметрической идентификации (общие положения)
3. Математические модели, описывающие гидродинамические и тепловые процессы в каналах камеры
3.1. Модели, основанные на уравнении движения потока переменной массы, для одномерных раздающих коллекторов
3.2. Численное моделирование двумерных течений на основе уравнений Навье-Стокса
3.3.Способ виртуальных возмущений
3.4.Двумерная теплопроводность оребренных стенок
4. Вычислительный эксперимент
4.1. Расчет по уравнению движения потока переменной массы
4.2.Стохастичность решения уравнений Навье-Стокса для кольцевых
пред форсуночных коллекторов
4.3.Расчет распределения скорости и давления в межфорсуночном пространстве смесительной головки

4.4.Расчет распределения температуры в стенке камеры
5. Методика параметрической идентификации математических моделей тепломассопереноса
5.1. Расчетная методика распределения компонента по форсункам при боковом подводе компонента
5.2.Расчет распределения горючего по форсункам смесительной
головки при подводе компонента сверху
5.3.Определение зависимости коэффициента расхода форсунки от скорости
обтекания по результатам численного эксперимента
Выводы
Список литературы
Приложение

Введение
Одна из характерных черт современного развития тепловых двигателей -все более глубокое изучение рабочего процесса в камере и других агрегатах. Очевидно, что без достаточных знаний рабочего процесса трудно с большой полнотой использовать энергетические возможности современных топлив, создавать высоконадежные с большим ресурсом двигатели, совершенствовать конструкцию и снижать массу двигателя.
Условия повышения эффективности технических систем тесно связаны между собой и опираются на расчетно-теоретические методы исследования и анализа и математическое моделирование процессов с использованием электронно-вычислительных машин (ЭВМ). В последние годы в нашей стране интенсивность использования ЭВМ проектно-конструкторскими фирмами увеличивалась в среднем на 20 % в год. Однако на фоне этого компьютерного бума появляются и некоторые отрезвляющие факты. Так, например, фирмой «Боинг» был проведен тщательный анализ результатов примерно 700 расчетных работ, проведенных на ЭВМ в предыдущие годы. Было обнаружено, что 70 % конечных результатов расчетов были неверными, а причиной этого явилось не низкое качество машинных программ, а неадекватность используемых при расчетах математических моделей. С внедрением ЭВМ степень погрешности вычислений уменьшилась, но невысокий уровень качества моделей остался, поэтому вопрос об их адекватности в настоящее время становится актуальным.
Математические модели, используемые при проектировании, предназначены для анализа физических процессов и их влияния на функционирование технического объекта и оценки их выходных параметров. При этом математическая модель должна быть как можно проще, но в то же время обеспечивать адекватное описание анализируемого процесса. В последнее время для моделирования тепломассопереноса в элементах энергоустановок широкое распространение получили модели, основанные на численном решении уравнений Лапласа-Пуассона, Навье-Стокса, Рейнольдса.

Этап 3. Определение координат центра тяжести X всех вершин, кроме
— А (—С
X , и вычисление Л X
—(и+2)
Этап 4. Отражение: вычисление координат отраженной точки Хк по
/—(я+2)
формуле (4.9) и значения Л X
(—(и+2) (—(‘Л
Этап 5. Сравнение Л X с FIX к , г = 1, и + 1. При
выполнении
условия (2.2) осуществляется растяжение (этап 6), при выполнении условия (2.5) - сжатие (переход к этапу 8), а при условии (2.8) выполняется редукция (переход к этапу 10).
— (я+3)
Этап 6. Растяжение: вычисление координат точки Хк по формуле (2.3)
/—(«+3)
и значения Л X

Этап 7. Определение координат новой точки Хк по формуле (2.4) и переход к этапу 11.
—(и+З)
Этап 8. Сжатие: вычисление координат точки Хк по формуле (2.6) и
/—‘(и+З)
значения Л X

Этап 9. Определение координат новой точки Хк по формуле (2.7) и переход к этапу 11.
Этап 10. Редукция.
Этап 11. Проверка условия окончания поиска (2.10). Если оно не выполняется, увеличивают индекс к на единицу и переходят к этапу 2.
Начальный симплекс можно построить, выбрав п+1 произвольных точек в некоторой ограниченной области пространства управляемых параметров.
В приложении приведена программная реализация этого метода с пояснениями по ее использованию (текст компьютерной программы, написанной на языке ГОКТКАМ, снабженный подробным комментарием).