Недетерминированное моделирование теплофизических процессов в камерах сгорания

• Автор: Дронов, Павел Александрович
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 130 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА Г СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ, ВЫЗВАННОЙ РАЗБРОСАМИ ХАРАКТЕРИСТИК АГРЕГАТОВ ВХОДЯЩИХ В СОСТАВ КАМЕРЫ ЖРД, ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДОВ ВЕРОЯТНОСТНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРИ РЕШЕНИИ ТЕХНИЧЕСКИХ ЗАДАЧ, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1Л. Современное состояние проблемы, вызванной разбросами

ХАРАКТЕРИСТИК АГРЕГАТОВ ВХОДЯЩИХ В СОСТАВ КАМЕРЫ ЖРД

1.2. Обоснование внутренней стохастичности в конечно-элементной МОДЕЛИ

1.3. Применение методов робастного проектирования с использованием вероятностных алгоритмов для решения и оптимизации технических ЗАДАЧ

1.4. Выводы, цель работы и задачи исследований

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СМЕСИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ1 И АНАЛИЗ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

2.1. Описание стенда и методика проведения эксперимента

2.2. Автономные гидравлические испытания форсунок

2.3. Результаты гидравлических испытаний смесительной головки

2.3Л. Проливка смесительной головки по линии “Г”
2.3.2. Проливка смесительной головки по линии ’’О”
2.4. Статистическая обработка экспериментальных данных
2.5.Выво д
ГЛАВА 3. АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА РАСПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДОВ ПО ФОРСУНКАМ-СМЕСИТЕЛЬНОЙ ГОЛОВКИ
3.1. Анализ гидравлических испытаний, проведенных в ОАО КБХА [106]
3.2. Математическая модель гидродинамических процессов распределения компонента топлива по форсункам смесительной головки
3.3. Расчет распределения расходов по форсункам при условии РАВНОМЕРНОГО ПОДВОДА ПО ПЕРИФЕРИИ головки
3.4. Влияние предфорсуночного коллектора на распределение по ФОРСУНКАМ
3.5. Влияние неперпендикулярности исполнения штуцера подвода
3.6. Влияние случайных отклонений коэффициентов расхода форсунок77
3.7. Комплексное влияние различных факторов
3.8. Выводы
ГЛАВА 4. СТОХАСТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В КАМЕРЕ ЖРД

4.1 Определение потерь удельного импульса тяги вследствие
СТОХАСТИЧНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ 110 ФОРСУНКАМ
СМЕСИТЕЛЬНОЙ ГОЛОВКИ КАМЕРЫ
4.1.1 Термодинамический расчет с учетом случайного разброса коэффициента избытка окислителя в камере ЖРД
4.2 Внутренняя стохастичность расчетной модели при моделировании СМЕСИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
4.3 Математическое моделирование процессов горения кислороднометанового топлива ПРИ соосно-струйной подаче в камеру сгорания ЖРД
4.4 Стохастический расчет распределения расхода компонента по
КАНАЛАМ ТРАКТА ОХЛАЖДЕНИЯ КАМЕРЫ ЖРД
4.5. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Проектирование систем смесеобразования и охлаждения камер сгорания двигательных установок и энергетических систем является ответственной задачей, при выполнении которой важную роль имеет оптимизация гидравлических характеристик смесительных элементов для обеспечения расчетного распределения соотношения компонентов и расходонапряженности.в поперечном сечении камеры сгорания. Смесительная головка и тракт охлаждения, одной из самых теплонапряженных энергетических установок - жидкостного ракетного двигателя представляют собой набор большого количества однотипных элементов - форсунок и охлаждающих каналов; Коэффициенты, расхода и гидравлического сопротивления таких элементов вследствие неизбежных технологических погрешностей их изготовления имеют случайные отклонения от номинальных значений. Допустимый диапазон отклонений, который отмечается в проектной; документации, может составлять от десятых до нескольких процентов. В ряде случаев выявленные проблемы при экспериментальной доводке камеры двигателя приводят к необходимости снижения допустимого разброса гидравлических характеристик форсунок за счет усложнения' технологии их изготовления, повышения количества отбракованных форсунок, т.е. существенного удорожания и больших сроков выполнения проекта. Неравномерность распределения компонента по форсункам первого периферийного ряда смесительной головки, кислородно-водородного ЖРД, вызванная гидравлической разверкой предфорсуночного раздающего коллектора, достигает 11 %. Для подвода охладителя- к рубашке камеры вследствие подобной конструкции подводящего коллектора на участке тракта охлаждения, примыкающем к коллектору, неравномерность распределения расходов по каналам составляет несколько десятков процентов. Имеются результаты экспериментальных исследовании для ряда двигателей, когда

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СМЕСИТЕЛЬНЫХ
ЭЛЕМЕНТОВ И АНАЛИЗ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ
2Л. Описание стенда и методика проведения эксперимента
Определение характеристик смесительных элементов, как в составе форсуночной головки, так и автономно является неотъемлемой операцией при создании камеры сгорания. Для контроля качества изготовления и определения соответствия характеристик форсуночных головок и форсунок требованиям, указанным в техническом задании, проводится снятие характеристик смесительных элементов на воде или воздухе путем проведения гидравлических (проливок) или пневматических (продувок) испытаний. Проливка проводится на стендах с вытеснительной и насосной системами подачи жидкости.
На рисунке 2.1. приведена схема установки, на которой производились экспериментальные исследования гидравлических характеристик смесительных элементов.
Данный стенд позволяет проводить автономные гидравлические испытания форсунок и испытания головки КС. Питание форсунки компонентом (в данном случае водой) обеспечивается насосной системой подачи.
Для проведения автономных испытаний форсунок используется левая часть-стенда. Жидкость (вода) из емкости 16-при открытом кране 13 и вентиле 7 с помощью насоса 15; подается на форсунку 1, где с помощью вентилей регулирования 5 и 6 устанавливается необходимое давление, контролируемое манометром 2. Пройдя- через форсунку, вода собирается в прозрачной измерительной колбе 4, затем вода сливается через слив 3 в мерный-сосуд для последующего взвешивания. Отсечка жидкости осуществляется вентилем 7.
Проливка смесительной- головки осуществляется- на правой части стенда. Вода из емкости 16 при открытом кране 13 и вентиле 10 с помощью насоса 15, подается на смесительную головку 1, где с помощью вентилей регулирования