Рабочие процессы в ракетном двигателе малой тяги на газообразных компонентах топлива кислород и метан

• Автор: Чудина, Юлия Сергеевна
• Шифр специальности: 05.07.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 167 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Аналитический обзор использования кислородно-метанового топлива в

ракетных двигателях

1.1. Российские исследования

1.2. Зарубежные разработки

1.3. Работы по математическому моделированию рабочих процессов в РДМТ на компонентах топлива кислород и метан

Глава 2. Объект исследования

2.1. Особенности экспериментального РДМТ

Глава 3. Расчетно-теоретическое исследование рабочих процессов в РДМТ

3.1. Физическая картина рабочего процесса в РДМТ

3.1.1. Физическая картина течения компонентов топлива в смесительной головке
3.1.2. Физическая картина течения продуктов сгорания в камере сгорания и сопле РДМТ
3.2. Математическое моделирование рабочих процессов в РДМТ с применением CFD
3.2.1. Исходная система уравнений для описания рабочих процессов
3.2.2. Определение требований к математической модели рабочих процессов в РД МТ
3.2.3. Допущения, принятые в математической модели расчета рабочих процессов в РДМТ
3.2.4. Модель турбулентности
3.3. Реализация решения в АШУБ СБХ. Расчет течения в смесительной головке
3.3.1. Расчетная область и сетка
3.3.2. Граничные условия
3.3.3. Результаты численного исследования распределения
компонентов по смесительной головке
3.4. Реализация решения в АШУЗ СРХ. Численный эксперимент. Секторная расчетная область
3.4.1. Моделирование процессов смесеобразования и горения в
секторной расчетной области КС
3.4.2. Камера сгорания с приведенной длиной 1пр — 1,075л<
3.4.3. Камера сгорания с приведенной длиной 1пр=0,933м
3.5. Реализация решения в АЖГУЗ СРХ. Численный эксперимент. Расчет с учетом распределения компонентов по смесительной головке
3.5.1. Численное исследование влияния различных форм юбок на
рабочие процессы в КС
3.5.2. Численное исследование характеристик на газогенераторном
режиме работы РДМТ
3.6. Алгоритм исследования рабочих процессов в РДМТ
Глава 4. Экспериментальное исследование рабочих характеристик РДМТ
4.1. Описание стенда огневых испытаний ЖРД МТ в атмосферных условиях
4.1.1. Система подачи горючего
4.1.2. Система подачи окислителя
4.1.3. Система измерения тяги

4.1.4. Система измерения давления, расходов и температур
4.1.5. Автоматизированная система управления стендом, сбора и обработки данных
4.2. Проведение огневых испытаний
4.2.1. Первый этап огневых экспериментов. Кратковременные пуски для верификации математической модели
4.2.2. Второй этап огневых экспериментов. Обратная подача компонентов в смесительную головку
4.2.3. Третий этап огневых экспериментов. Газогенераторный режим работы РДМТ
4.3. Сравнение результатов численного и натурного эксперимента
4.4. Рекомендации по созданию РДМТ на ранних этапах проектирования
Заключение
Список сокращений
Литература
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Поверхности отклика функций

4. Коэффициент температуропроводности равен эффективному коэффициенту турбулентной вязкости (турбулентное число Прандтля Рг=1).
5. Используется одностадийная химическая реакция взаимодействия кислорода и метана: 24СН4+4702=#С0+ЗШ20+320Н+2Н
6. Газ является идеальным и подчиняется закону Менделеева-Клайперона.
7. Скорость, плотность, температура и давление газа одинаковы по площади подвода.
В общую систему уравнений, представленную автором, описывающую рабочий процесс входят следующие уравнения: уравнение неразрывности, материального баланса, энергии, количества движения, уравнение для
определения температуры смеси, для определения относительной массовой концентрации продуктов сгорания, определения плотности смеси, коэффициента вязкости и соотношения компонентов топлива.
Температура воспламенительной смеси, поступающей из форкамеры, принимается равной 1000К, температуры окислителя и горючего, подаваемые в КС, равны 298К.
При решении системы уравнений автором получены значения массовых долей непрореагировавшего метана, с учетом которых вычислен коэффициент расходного комплекса (рр, характеризующий степень завершенности рабочего процесса в КС:
где тГвх, тГвых - соответственно расход горючего на входе и выходе из

Полученные значения коэффициента <рр качественно согласуются с экспериментальными данными, что позволяет использовать эту методику численного моделирования на начальных этапах проектирования вихревых камер РДМТ с зонной подачей газообразных кислорода и метана.