Моделирование процессов нагрева химически реагирующих композиционных материалов

• Автор: Суворов, Степан Валентинович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Ижевск
• Количество страниц: 163 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Основные сокращения и обозначения

ВВЕДЕНИЕ
Глава 1 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ В МАТЕРИАЛАХ С НЕОДНОРОДНЫМИ СВОЙСТВШИ

1.1 Процессы прогрева и воспламенения баллиститных

и смесевых твердых топлив

1.2 Пррев твердого топлива частицей воспламенительного состава

1.3 Моделирование теплопроводности при контакте

теплового ножа с зарядом твердого топлива

1.4 Моделирование теплопроводности в заряд твердого топлива

при установке в него неизвлекаемого теплопроводного элемента

Выводы по главе 1
Глава 2 ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ
2.1 Общие положения
2.2 Методы аппроксимации дифференциальных уравнений
2.3 Анализ устойчивости численного решения
2.4 Анализ сходимость численного решения
Выводы по главе 2
Глава 3 РАСЧЕТ ПРОГРЕВА ТВЕРДОГО ТОПЛИВА
3.1 Прогрев смесевого твердого топлива конвективным тепловым потоком
3.2 Контактная теплопроводность между Кчастицей и твердым топливом
Выводы по главе 3
Глава 4 ПРОЦЕССЫ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ В РДТТ С
РЕГУЛИРУЕМЫМИ ПАРАМЕТРАМИ
4.1 Пиролиз твердого топлива при подводе к нему теплового ножа
4.2 Теплопроводность между неизвлекаемым теплопроводным
элементом и твердым топливом
Выводы по главе 4
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Краткое содержание работы по главам. В первой главе описывается- современное состояние теоретических исследований ряда технических задач, имеющих существенное значение для* ракетостроения. Приводятся математические модели, позволяющие анализировать процессы прогрева и воспламенения в зарядах смесевого и баллиститного топлива и прогрев высокотемпературной К-частицей заряда твердого топлива. Так же освещены вопросы, связанные с процессами теплопроводности в регулируемых энергетических установках, работающих на твердом топливе. Во второй главе приводятся существующие методы численного решения* уравнений теплопроводности в частных производных. Так же освещается вопрос, связанный со способами дискретизации расчетной области. Анализируя достоинства и недостатки различных методик для решения задачи теплопроводности, выбираем метод контрольных объемов. Из соотношения, описывающего закон сохранения энергии, выводится уравнение теплопроводности в двухмерной осесимметричной постановке, которое в дальнейшем используется при численных расчетах. Обоснован метод, позволяющий проанализировать устойчивость численного решения уравнения теплопроводности явным методом. Т.к. Проведены расчеты численного решения на нерегулярной сетке в одномерной и двухмерной постановке для разнородных материалов. Описаны вопросы, связанные с неявным методом и методом «классики». Проведены тестовые расчеты, позволяющие сравнить результаты численного решения задач теплопроводности с аналитическим методом решения задач. Данные расчеты позволяют сделать вывод о том, что точность используемых подходов приемлема для практических нужд. В третьей главе на основе разработанных и существующих методик проводятся расчеты практически значимых задач прогрева заряда твердого топлива. Проводится расчет прогрева металлизированного и безметального смссевого твердого топлива до момента начала газификации связующего. Установлены основные закономерности тепловых процессов, протекающих в СТТ. Исследования контактной теплопроводности между твердым топливом и осевшей на нем К-частицей позволили изучить влияние размеров, теплофизических свойств и структуры К-частицы на процесс прогрева ТТ. В четвертой главе произведены расчеты теплопроводности в элементах конструкции РДТТ и заряде твердого топлива. Такими задачами теплопроводности являются процесс пиролиза твердого топлива при контакте с тепловым ножом и исследование теплопроводности в заряде ТГ с установленным в нем неизвлекасмым теплопроводным элементом. Показано, что на все процессы оказывают влияние теплофизические свойства материалов, входящих в состав двигательной установки. Исследования устойчивого горения твердого топлива позволили определить его параметры и степень их влияния на процесс горения ТТ. Воспламенение твердых материалов является сложным физико-химическим процессом. В результате прогрева материала внешними источниками тепла в нем могут протекать химические реакции, скорость которых возрастает от нуля до конечных значений []. Для- ракетных двигателей на твердом топливе наиболее характерен процесс зажигания. В различных работах под процессом воспламенения материала понимают либо переход от режима прогрева материала к его стационарному горению (подход, удобный при изучении воспламенения численными методами), либо появление в системе «конденсированное вещество - окружающая среда» звуковых и ударных волн, свечения, значительных разрушений (подход, удобный при натурных экспериментах). Рассмотрим твердофазную и гетерогенную модели [, , , , ] воспламенения твердого топлива. Эксперименты с твердыми топливами, подчиняющимися твердофазной модели, показали, что прогретый слой твердого топлива можно условно делить на три зоны (рис. На рисунке 1. III - зона, действия экзо- или эндотермических химических реакций, - зона химических реакций. Глубина зон II и III увеличивается с момента начала подвода тепла к заряду ТТ до момента воспламенения твердого топлива, а суммарная глубина зон II и III называется толщина теплового слоя []. III- зона химических реакций. Рисунок 1.