Численное моделирование сопряженного теплообмена в ЖРД малых тяг в целях повышения их эффективности

• Автор: Безменова, Наталья Витальевна
• Шифр специальности: 05.07.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 243 с. : ил

Содержание

Список условных обозначений и сокращений

Введение

1 Физико-математическая постановка задачи сопряженного теплообмена в ЖРДМТ

1.1 Физическая модель рабочих процессов в ЖРДМТ на установившемся режиме работы

1.2 Структура математической модели сопряженного теплообмена в ЖРДМТ на непрерывном режиме работы
1.3 Особенности формирования физико-математической модели сопряженного теплообмена для импульсных режимов включений ЖРДМТ
2 Разработка численной термогазодинамической модели продуктов сгорания в ЖРДМТ и ее

компьютерная реализация в виде программного модуля БРРЭРМХ

2.1 Постановка задачи

2.2 Разработка численной термодинамической модели продуктов сгорания в ЖРДМТ и ее компьютерная реализация в виде программного модуля в
2.2.1 Выбор основных допущений
2.2.2 Базовая термодинамическая модель продуктов сгорания в ЖРДМТ и ее математическая формулировка
2.2.3Численная реализация базовой термодинамической модели для
камеры сгорания ЖРДМТ
2.2.4Численная реализация базовой термодинамической модели для
течения продуктов сгорания в соплах ЖРДМТ
2.2.5Методика учета в базовой термодинамической модели
неравномерности эпюры соотношения компонентов и неполного тепловыделения

2.3 Газодинамическая модель течения продуктов сгорания в ЖРДМТ и ее интеграция с термодинамической моделью в виде программного модуля вРРЭРМХ
2.4 Апробация термогазодинамической модели продуктов сгорания в ЖРДМТ

Разработка локальной модели перехода в
пограничном слое сопел ЖРДМТ и ее реализация в виде
программного модуля TRANS
3.1 Постановка проблемы перехода в пограничном слое и анализ возможных подходов к ее решению
3.2 Формирование локальной модели перехода в пограничном слое ЖРДМТ
3.2.Юбоснование целесообразности использования локальной модели перехода и формирование физической модели перехода в
пограничном слое
3.2.2Формирование локальной модели перехода в пограничном слое
сопел ЖРДМТ
3.3 Анализ влияния основных факторов на переход в пограничном слое сопел ЖРДМТ
3.3.1 Анализ влияния интенсивности турбулентности во внешнем
потоке на переход в пограничном слое сопел ЖРДМТ
3.3.2 Анализ влияния продольного отрицательного градиента давления
на переход в пограничном слое сопел ЖРДМТ
3.3.3 Анализ влияния теплообмена на переход в пограничном слое
сопел ЖРДМТ
3.3.4Анализ влияния сжимаемости (числа Маха) на переход в
пограничном слое сопел ЖРДМТ
3.3.5 Анализ влияния шероховатости поверхности и кривизны стенки
сопла ЖРДМТ на переход в пограничном слое
3.3.6Формирование аппроксимационной локальной модели перехода в
пограничном слое
3.4 Апробация модели перехода в пограничном слое сопел ЖРДМТ
3.4.1 Методика апробации
3.4.2Результаты апробации модели перехода для течения в до- и
трансзвуковой части для плоских и осесимметричных сопел
3.4.3Результаты апробации модели перехода для течения в
сверхзвуковой части сопел РДМТ

3.4.4Анализ целесообразности использования числа Рейнольдса
и параметра градиентности кгг для прогноза характера течения в пограничном слое
4 Разработка численной модели сопряженного теплообмена в ЖРДМТ и ее реализация в виде
интегрированного программного модуля ЬТТН-СТ
4.1 Разработка численной модели нестационарной теплопроводности стенки ЖРДМТ и ее реализация в виде программного модуля Т-СТ
4.2 Разработка численной модели конвективного теплообмена в ламинарном пограничном слое ЖРДМТ
4.3 Разработка численной модели конвективного теплообмена для турбулентного пограничного слоя ЖРДМТ
4.4 Апробация модели конвективного теплообмена в ЖРДМТ
4.4.1 Апробация модели конвективного теплообмена для до- и трансзвуковой части сопла РДМТ
4.4.2 Апробация моделей конвективного теплообмена для
сверхзвуковой части ЖРДМТ
4.5 Компьютерная реализация численной модели сопряженного теплообмена в ЖРДМТ и ее использование для исследования особенностей процессов конвективного теплообмена
натурных ЖРДМТ
5 Результаты использования численной модели сопряженного теплообмена в ЖРДМТ для решения практических задач
5.1 Результаты использования численной модели на стадии проектирования ЖРДМТ
5.1.1 Параметрическое исследование предельно достижимых
характеристик ЖРДМТ с учетом их теплового состояния для
штатных и перспективных топлив
5.1.2Прогнозирование теплового состояния перспективных ЖРДМТ
5.2 Результаты использования численной модели сопряженного теплообмена в ЖРДМТ на стадии экспериментальной доводки

Границы ГЗ, Г5, ГЗШ формируют область невязкого течения, которая разделяется на следующие:
• область с границами ГЗ, Г31, Г5 -одномерное равновесное безградиентное течение;
• область с границами ГЗ, Г31, ГЗП -одномерное равновесное течение с отрицательным
продольным градиентом давления;
• область с границами ГЗ, ГЗН, ГЗШ - двумерное замороженное течение с отрицательным продольным градиентом давления.
Схематизация на рис. 1.3 отличается от рис. 1.1 отсутствием областей 5 и 6.
Область 5 на рис. 1.1 - это зона преобразования жидкого топлива в газообразное рабочее тело. Формальное ее описание до настоящего времени отсутствует. Что касается моделирования теплообмена в ЖРДМТ, то сама область 5 является зоной низких температур и не оказывает особого влияния на тепловое состояние ЖРДМТ. Однако большое значение имеет сформировавшаяся в области 5 эпюра соотношения компонентов, поскольку она определяет термодинамические свойства продуктов сгорания.
Анализ имеющихся экспериментальных данных позволяет сделать вывод, что на длине камеры сгорания порядка ее радиуса рабочее тело уже газообразное и формирование поперечной эпюры соотношения компонентов аок(г) практически полностью завершилось. Поэтому учет рабочих процессов в области 5 возможен путем задания эпюры а,ук(г) на границе Г5.
Такой подход позволяет обойти трудности, связанные с отсутствием модели этой области, сохранив при этом универсальность и открытость результирующей модели сопряженного теплообмена в ЖРДМТ.
Универсальность обеспечивается тем, что через задание разных граничных условий возможен учет любой схемы смесеобразования, для которой известна эпюра соотношения компонентов. Таким образом, предлагаемая методика моделирования рабочих процессов в ЖРДМТ не привязана к какой-либо конкретной конструктивной схеме. В то же время эта модель может быть настроена на любой вариант конструктивной схемы ЖРДМТ путем задания соответствующей ей эпюры соотношения компонентов на границе Г5.