Моделирование процессов горения и управление экологическими и энергетическими характеристиками тепловых двигателей и энергоустановок

• Автор: Абдуллин, Айрат Лесталевич
• Шифр специальности: 05.07.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 309 с. : ил.

Состояние вопроса и задача исследования

1.1. Актуальность математического моделирования процессов горения

1.2. Модели химического взаимодействия и подходы к моделированию процессов горения

1.3. Модели, методы и программное обеспечение расчета высокотемпературных процессов

1.4. Постановка задачи

Инвариантная математическая модель химически неравновесных процессов и ее модификации

2.1. Краткое описание исходной базовой математической модели и алгоритма

2.2. Решение уравнений изменения состава методом сплайн-интегрирования

2.3. Сравнение 9-метода с СК и SK версиями сплайн-интегрирования при численном исследовании топлива «О2+Н2»
2.4. Сопоставление 0-метода и СК-версии сплайн-интегрирования для топлива «обогащенный воздух + (С2Н2 + CH4 + NH3)»

2.5. Модификация программного комплекса и сравнение с CHEMKIN

Модификация архивов и разработка инструмента для расширения базы данных
3.1. Характеристика основных баз данных
3.2. Методика конвертирования информации из различных баз данных
3.3. Формирование кинетического механизма образования N0 в присутствии NH3
Математическое моделирование процессов во фронте пламени с использованием методологии НРИС
4.1. Математическая модель процессов во фронте пламени
4.2. Алгоритм решения и описание программного комплекса «FRONT»
4.3. Апробация математической модели процессов во

фронте пламени
4.4. Численное исследование параметров фронта пламени
смеси «(С2Н2 + NH3) + воздух».
5. Моделирование реагирующего гомогенного потока в 177 камере сгорания
5.1.Математическая модель реагирующего гомогенного 177 потока в камере сгорания
5.2. Краткое описание программного комплекса "ERD"
5.3.Тестирование математической модели при 195 прогнозировании эмиссионных характеристик
5.4.Исследование влияния темпа смешения воздуха с 209 продуктами сгорания на эмиссионные характеристики
5.5. Исследование влияния режимов полета на эмиссионные 215 характеристики камеры сгорания ВРД
5.6.Исследование эмиссионных характеристик
перспективных топлив воздушно-реактивных двигателей
6. Моделирование реагирующих газожидкостных потоков
6.1. Исходная математическая модель
6.2.Дополнения модели реагирующего газожидкостного 241 течения
6.3. Описание программного комплекса "GAZGEN"
6.4. Кинетическая схема процесса сажеобразования
6.5. Апробация и исследование режимов сажеобразования 262 при течении метано-кислородной смеси в двухзонном газогенераторе
6.6. Численные исследования течений «(N204 + C2H8N2)m+ 275 (N204)« » в камере газогенератора ЖРДУ
Заключение
Список использованной литературы

Агрегаты, использующие в качестве рабочего тела высокотемпературные реагирующие течения типа «газ-газ» и «газ-жидкость», широко распространены в энергосиловых установках, применяемых на транспорте и в энергетике.
Все возрастающие требования к экологичности и энергоресурсоэффективности этих изделий могут быть реализованы в условиях оптимальной организации процессов горения и течения продуктов сгорания в рабочих объемах и трактах энергоустановок. Вместе с тем, распространенные до недавнего времени экспериментальные методы проектирования и доводки изделий вследствие высокой стоимости, невозможности рассмотрения всего спектра альтернативных вариантов, а также по ряду иных причин все в большей степени дополняются и замещаются математическими моделями. Так по результатам математического моделирования, численным экспериментом зарубежные двигателестроительные фирмы получают сегодня более' 80 % новой информации и лишь около 20 % в результате натурного эксперимента [70]. И эта тенденция сохраняется.
При прогнозировании эмиссионных характеристик камер сгорания тепловых двигателей определяющим фрагментом теоретического обеспечения является модель процессов горения, учитывающая кинетику химических реакций.
Вместе с тем разработанное на базе математических моделей программное обеспечение, должно быть максимально удобным при практической реализации, инвариантным по отношению к набору веществ, реакций и конструктивным особенностям конкретного реактора. Кроме того, математическая модель и программное обеспечение должны быть открытыми для дальнейших дополнений и модификаций.

исключением диагональных) для всех методов, тогда как значение с, « (0,001...0,01) « у . Поэтому допустимая погрешность на итерациях при определении с"1' будет значительно меньше. Принимая во внимание, что
с,-« У,, устанавливаются следующие значения £Г. еы(в) =х (уГ'-т*'-уГ1т)/г: = Ю 3 для 0-метода ;
£ы(5К,СК) =тр| (с"+|'м+1 -с',+|,'”)/у"|=0,5'10'6 для сплайн-интегрирования.
Для определения влияния параметра Лх на индикатор 8т были проведены расчеты при Ту = 10'4 с, в которых значение Лх варьировалось в интервале 0,001... 0,08. Погрешность (8т) и объем вычислительных операций для всех трех методов приведены на рисунках 2.13, 2.14 и 2.15.
Как видно из рис. 2.14 и 2.15, при одинаковых Лх методы практически не отличаются по объему вычислений (незначительное превышение индикаторов Ир и наблюдается для 0- метода). При малых значениях Ах во всех методах достигается значительный объем вычислительных операций за счет большого количества итераций, тогда как при увеличении Ах индикатор Ир существенно уменьшается (в 4-5 раз) при некотором возрастании индикатора Д} (до 1,5 раз для 0- метода).