Моделирование импульсного струйного истечения реагирующих двухфазных сред в атмосферу

• Автор: Барыкин, Алексей Евгеньевич
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 172 с. : ил.

Глава 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Применение детонационного горения в устройствах генерации тяги

1.1.1 Реализация детонационного цикла

1.1.2 Инициирование детонационного процесса в камере ГИД

1.2 Методы адаптивного измельчения сеток

1.1.1 Типы разностных сеток

1.2.2 Адаптивные сетки

1.2.3 Динамически адаптивные сетки

Глава 2 ГАЗОДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ И ЧИСЛЕННЫЙ МЕТОД РЕШЕНИЯ

2.1 Математическая модель

2.1.1 Уравнения сохранения

2.1.2 Учет взаимодействия между частицами при высоких объемных долях твердой фазы
2.1.3 к-е модель турбулентности
2.1.4 Химические реакции
2.1.5 Единичный импульс смеси
2.2 Численный метод
2.2.1 Способ построения разностной сетки, начальные и граничные условия
2.2.2 Реализация динамически-адаптивных сеток
2.2.3 Описание численного метода интегрирования уравнений газовой динамики
2.2.4 Численный метод интегрирования уравнений с учетом взаимодействия между частицами твердой фазы
Глава 3 ЧИСЛЕННЫЕ РАСЧЕТЫ

3.1. Моделирование инициирования детонации в газовых смесях при помощи впрыска горячих струй
3.1.1 Моделирование инициирования детонационного процесса в подогретой смеси пропан-воздух при помощи впрыска горячих продуктов
3.1.2 Моделирование инициирования детонационного процесса в смеси водород-кислород при помощи распределенных впрысков горячего
инертного газа
3.2 Характеристики течений, образующихся в результате впрыска реагирующих гетерогенных смесей в воздух
3.3 Повышение характеристик ГИД оптимизацией процесса впрыска топлива
3.3.1 Улучшение полноты сгорания впрыскиваемых гетерогенных смесей варьированием условий впрыска и смешения
3.3.2 Характеристики ГИД при многоструйном впрыске реагирующего топлива
3.3.3 Улучшение характеристик ГИД оптимизацией формы инжектирующего устройства и камеры сгорания при многоструйном впрыске реагирующего топлива
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список использованной литературы
Публикации автора по теме диссертации
Доклады на научных конференциях
Приложение

Многофазные течения широко распространены как в технических устройствах, так и в природе. Примерами таких процессов в природе является движение пыли и аэрозолей в атмосфере (например, выброс и распространение пепла при извержении вулканов), селевые потоки. В разнообразных приложениях человеческой деятельности многофазные потоки распространены еще шире: они существуют в трубопроводах и воздуховодах, в камерах сгорания энергетических установок (двигатели, топки, ракетные двигатели на твердом топливе и т.д.), в химических аппаратах с псевдосжиженным слоем, в разного рода фильтрационных устройствах, при взрывах в запыленных помещениях (шахты, пыле- и поршко-образующие производства и т.д. В связи со столь значительным распространением многофазных потоков понятна важность и необходимость разработки методов их моделирования, в том числе численного. Такое моделирование, если его провести с необходимой точностью, позволит предсказывать пространственно-временные характеристики многофазных потоков, давая тем самым возможность решать конкретные научно-технические задачи, не прибегая к дорогостоящим экспериментам.
Следует подчеркнуть, что в общем списке многофазных течений особое место занимают течения, где помимо гетерогенности присутствуют и такие процессы как химические реакции и турбулентность. С одной стороны моделирование таких потоков (с сочетанием многофазности, химических реакций и турбулентности) представляет большой научный и практический интерес, с другой стороны это моделирование сопряжено со значительными трудностями вследствие чрезвычайной сложности и многофакторной природы процессов, контролирующих эти потоки. Наиболее характерным примером такого процесса является горение во всевозможных энергосиловых установках (двигателях внутреннего сгорания, газотурбинных установках, ракетных

А1 + -оЛ-А1202,
4 2 2 2
А1 + -С02^А1203+-С0 (25)
А1 +1Н20->^А1203 + |Н2.
Образующийся оксид алюминия считался конденсированным. При наличии других окислителей данный набор реакций может быть дополнен.
Закон горения алюминиевых частиц основан на использовании полуэмпирической зависимости [101]:
с1г._ (1 + 0,276^)
= -г. , (26)

где время горения частиц в активной атмосфере определяется согласно [106]:
К (2г )и
Н] = ф ’> Ф ~ ^ Ф, ~ Фн2о + Фог Фсо2 >
здесь ф1 — объемная доля г-го газообразного окислителя. В уравнении приняты следующие значения эмпирических постоянных КА1= 4x106 с/мп, и =2 [101].
Разложение ИПН и НМ описываются глобальными кинетическими схемами:
СгН1ЫОъ Д-3 СО + н2 +^2, (27)
СН3Ы02 Хс0 + Н20 + ^2+^Н2. (28)
Скорость разложения твердого окислителя может быть основана на законе горения частиц [107]:
с1г, (1 + 0,276^7)
Л 8 К?,
(29)
где константа К) в зависимости от материала частиц может принимать
значения в диапазоне (0.5-^5)х106 с/м2 [107, 108], однако в данной модели принят упрощенный закон горения частиц позволяющий, прежде всего,