Метод проектирования форсажных камер для начальных стадий разработки ВРД

• Автор: Сенюшкин, Николай Сергеевич
• Шифр специальности: 05.07.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 152 с. : ил.

Оглавление

Условные обозначения

Условные сокращения

Введение

1 Методы используемы при моделировании камер сгорания

1.1 Математическое моделирование

1.2 Струйный метод

1.3 Последовательно-одномерный подход

1.4 Сетевой метод

1.5 Методы механики сплошных сред

1.6 Экспериментальные исследования форсажных камер
1.7 Цель и основные задачи работы
2 Моделирование форсажных камер с использованием модульного 37 метода
2.1 Понятия и принципы модульного метода
2.2 Математические модели элементов
2.2.1 Канал смесителя
2.2.2 Смеситель лепестковый
2.2.3 Диффузор
2.2.4 Камера смешения
2.2.5 Теплозащитный экран
2.2.6 Камера (этап формирования облика)
2.3 Точность и обоснованность выбора математических моделей
3 Двухуровневая система моделирования форсажных камер ВРД
3.1 Программный комплекс САМСТО как инструмент для разработки 60 системы Afterburner
3.2 Двухуровневая многодисциплинарная система моделирования 61 форсажных камер ВРД
3.3 Система «Afterburner»: Подсистема Формирование облика

3.4 Система «Afterburner»: Подсистема Детальный расчет
3.5 Используемый численный метод
3.6 Информационные модели элементов подсистемы «Формирования 74 облика»
3.7 Информационные модели элементов подсистемы «Детальный 82 расчет»
3.8 Законы расчета
3.9 Процедура решения задач в системе «Afterburner»
3.9.1 Формирование расчетной схемы
3.9.2 Задание входных данных
3.9.3 Выбор и составление закона расчета
3.9.4 Расчет
3.9.5 Просмотр результатов расчета
3.10 Проектировочные и поверочные задачи в система «Afterburner»
3.11 Возможности системы «Afterburner»
4 Использование систем 3-D анализа при проектировании ФК
4.1 Вычислительная гидрогазодинамика
4.2 Взаимодействие систем 3-D анализа с системами предварительного 103 и детального расчета
4.3 Расчет диффузора ФК в системе ANSYS CFX
4.4 Уточнение одномерных моделей на основе трехмерного расчета
5 Расчет форсажной камеры ВРД в системе «Afterburner»
5.1 Расчет основной камеры сгорания в системе «Камера 4.00»
5.2 Формирование облика форсажной камеры
5.3 Детальный расчет форсажной камеры
5.4 Использование программного комплекса Afterburner при доводке 136 форсажных камер ВРД
6 Пути развития системы Afterburner
Основные выводы и результаты
Список литературы

Условные обозначения:
I) — наружный диаметр, м;
Е - разность между количеством тепла, подведенным к узлу, и совершенной работой (сетевой метод), Дж;
Я - площадь, м2;
С?,т - расход, расход воздуха, кг/с;
С - отношение расхода воздуха в кольцевом канале к расходу на входе в камеру;
Ни - низшая теплотворность топлива, Дж/кг;
J—энтальпия, Дж/кг;
Ь - длина, м;
Ьо - стехиометрический коэффициент, кг воздуха/кг топлива;
N - количество поясов отверстий;
О - объемный расход, м3/с;
Я - газовая постоянная, Дж/кгК;
Яе - число Рейнольдса,
Т 7* _ температура статическая и заторможенная, К; и, н> - скорость потока, м/с;
им0 ~ скорость распространения пламени по молю в начальный момент времени, м/с;
и„б — скорость нормального распространения пламени, м/с; а - скоростной напор воздуха в диффузоре и кольцевых каналах, Па;
Ь - относительное статическое давление;
С/- коэффициент потерь, обусловленных трением; с., - удельная теплоемкость, Дж/кгК; сг - коэффициент потерь при обтекании загромождении; с,„ — концентрация топлива; с1 - внутренний диаметр, м;

им.Баранова, КАИ. На основании этих работ можно проводить верификацию применяемых математических моделей. Один из отчетов [24] используется в данной работе для верификации трехмерного расчета в среде ANSYS CFX (Глава 4).
Основополагающими являются работы Талантова A.B.[61], Раушенбаха Б.В. [45] в области исследования горения в потоке и рабочего процесса камер сгорания прямоточных ВРД, которые по сути процессов происходящих в них аналогичны ФК ВРД.
В работах Алексеева Ю.С. [3], Мингазова Б.Г. [32, 33], Галюна И.Щ9], Горбатко А.А.[10], Кудрявцева A.B., Рекина А.Д.[46, 62], Дедовской, H.H. [25] приводятся математические модели, используемые в инженерных методиках газодинамического и,теплового расчета ФК.
1.7 Цель и основные задачи работы.
Проведенный сравнительный анализ методов, моделирования, используемых для газодинамического анализа камер сгорания, показал:
1. Наиболее точные результаты дают методы вычислительной гидрогазодинамики; это обеспечивается! высокой степенью дискретизации исследуемой области, двух- и трехмерной постановкой задачи, учетом различных физических особенностей' процессов (турбулентность (по нескольким моделям),.наличие газообразной и жидкой фаз, горение, наличие нескольких различных- по химическому составу компонентов), что весьма усложняет подготовку модели для анализа: Эти методы являются наименее экономичными, т.к. требуют для реализации значительных финансовых и временных затрат. Их применение на начальном этапе проектирования, затруднительно, так как для них необходима плоская или твердотельная модель расчетной области, которая создается на последующих стадиях проектирования.