Математическое моделирование и численный анализ рабочих процессов в микро-ЖРД на базе МЭМС-технологий

• Автор: Якутин, Александр Владимирович
• Шифр специальности: 05.07.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 120 с. : ил.

Оглавление

Основные сокращения и условные обозначения

Введение

1. Анализ состояния проблемы создания микро-ЖРД и описание объекта исследования

1.1 .Постановка цели и задач исследования

1.2 Преимущества от разработки и внедрения микрокосмических аппаратов

1.3. Различные типы ракетных микродвигателей

1.4 Реализуемая концепция микро-ЖРД

2. Разработка математической модели рабочих процессов в микро-ЖРД

2.1. Режимы течения газовой среды

2.2. Основные допущения
2.3. Обобщённое описание математической модели
2.4. Математическая модель течения вязкой сжимаемой среды
2.4.1. Уравнения Навье-Стокса
2.4.2. Построение вычислительной сетки
2.4.3. Преобразование уравнений Навье-Стокса
2.4.4. Уравнение сохранения энергии
2.4.5. Математическая модель конвективного теплообмена
2.4.6. Граничные условия
2.5. Тепловая модель корпуса микро-ЖРД
2.6. Численные методы решения уравнений вязкой сжимаемой среды
2.6.1. Общая схема численного решения уравнений математической модели
2.6.2. Методы получения дискретных аналогов
2.6.3. Разнесенная сетка
2.6.4. Дискретизация уравнения неразрывности и уравнений Навье-Стокса
2.6.5. Алгоритм SIMPLE
3. Моделирование рабочих процессов в каналах каталитического микрореактора
3.1. Особенности процессов, протекающих в каталитическом реакторе
3.2. Основные допущения 5
3.3. Каталитическое и термическое разложение гидразина
3.4. Математическая модель процессов в реакторе
3.5. Численное интегрирование уравнений математической модели процессов в реакторе
3.6. Алгоритм расчета параметров газовой смеси
3.6.1. Исходные положения
3.6.2. Алгоритм аппроксимации функции двух переменных
3.6.3. Аппроксимационные выражения теплофизических свойств компонентов газовой смеси
4. Исследование рабочих процессов в элементах микро-ЖРД и сравнение полученных результатов с опубликованными данными
4.1. Расчет и сравнение параметров течения газового потока в микроканале
4.2. Тепловой расчет микроканала
4.3. Исследование течения потока в распределительном блоке
4.4. Расчет обтекания газовым потоком микроструктур каталитического реактора
4.5. Результаты расчетов температуры в каталитическом реакторе
при постоянной подаче гидразина в камеру
4.6. Расчет распределения скоростей в сопле микро-ЖРД
4.6.1. Сравнение результатов расчётов сверхзвукового течения с опубликованными данными
4.6.2. Исследование течения газовой смеси в микросопле
5. Расчет параметров рабочих процессов микро-ЖРД
5.1. Расчет тяги и удельного импульса
5.2. Результаты расчетов параметров процессов в элементах микро-ЖРД
5.3. Результаты расчетов временных процессов в элементах микро-ЖРД
5.3.1. Непрерывный режим подачи топлива
5.3.2. Импульсный режим подачи топлива
Заключение
Литература

ду~ Уу ду
(2.20)
и уравнения Навье-Стокса принимают вид

V-/У д ) ду
(2.21)

(2.22)

>7 Эу

: + Ух^=
2 Уу &

Яе ду Яе
ду ) 3 Яе ду

дх Ух ду

Уу ди
^ Яе ду Яе
ду _ ду дх Ух ду

2 4 у ду 2 е
ру + р
3 Яе ду 3 Яе
ди _ ди
*" Ух —
дх ду

(2.23)
(2.24.)
£ — ,г—<
2.4.4. Уравнение сохранения энергии
Уравнение сохранения энергии для вязкого сжимаемого теплоносителя имеет вид:
д(рг) д(риг) д{руг) _ 1 (д(рр) д(рир) д(рур)л

+_,^1+А
9хч дх) ду

(2.25)

+ Ф + ^(х,Ги,)