Численное моделирование неустойчивости рабочего процесса в камере сгорания РДТТ

• Автор: Егоров, Ярослав Витальевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 131 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Перечень основных обозначений, сокращений и символов

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Анализ состояния вопроса и постановка задачи

исследования

1.1 Неустойчивость рабочего процесса в камере сгорания РДТТ

1.2 Способы борьбы с газодинамической неустойчивостью в

1.3 Экспериментальное и теоретическое исследование

рабочего процесса в камере сгорания РДТТ

1.4 Численный метод теоретического исследования рабочего

процесса в камере сгорания РДТГ

ГЛАВА 2. Физикоматематическая модель неустойчивости рабочего
процесса в камере сгорания РДТТ
2.1 Физическая модель
2.2 Математическая модель
2.3 Метод крупных частиц для расчета низкочастотного
пульсирующего течения
2.4 Постановка граничных условий
2.5 Постановка начальных условий
2.6 Анализ устойчивости конечноразностных схем
2.7 Формальное описание комплекса прикладных программ
2.7.1 Расчетный модуль I
2.7.2 Расчетный модуль X2
2.7.3 Расчетный модуль X2
2.7.4 Расчетный модуль I
2.7.5 Расчетный модуль X2
ГЛАВА 3. Результаты численного моделирования
3.1 Результаты численного моделирования базового варианта конструкции камеры сгорания РДТТ и ее рационализация
3.2 Результаты расчета двумерной осесимметричной
постановки задачи
3.3 Результаты расчета трехмерной цилиндрической
постановки задачи
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


В диссертационной работе при помощи метода Давыдова (метода крупных частиц) - метода вычислительного эксперимента исследуется прикладная задача неустойчивости рабочего процесса в КС РДТТ. Краткое содержание глав работы. В первой главе проводится анализ состояния вопроса и постановка задачи исследования. Подробно описаны проблемы модернизации РДТТ и газодинамическая неустойчивость течения продуктов сгорания в камере двигателя. Приведены экспериментальные и теоретические исследования рабочего процесса в КС РДТТ и представлены практические варианты решения проблемы газодинамической неустойчивости в РДТТ. Приводятся преимущества численных технологий для исследования рабочего процесса. Подробно описан численный метод Давыдова (метод крупных частиц). Во второй главе изложены физическая и математическая модель. Давыдова (метод крупных частиц). Описана постановка граничных и начальных условий. Приводится анализ устойчивости применяемых конечно-разностных схем, согласно нелинейной теории дифференциальных приближений. В конце главы, представлены описания разработанных комплексов прикладных программ в 2-х мерной осесимметричной, в 3-х мерной цилиндрической и декартовой постановках задачи. В третьей главе приводятся результаты численного моделирования нестационарного пульсирующего течения продуктов сгорания в камере РДТТ. По данным численного моделирования и натурных испытаний двигателя сделан вывод о их хорошем сопоставлении. Проведен анализ существующей конструкции камеры сгорания РДТТ и предложены рациональные варианты ее изменения с целью снижения интенсивности колебательного процесса. Выполняя приятный долг, автор выражает благодарность научному руководителю диссертационной работы д. М.Ю. Егорову (Пермский государственный технический университет) за всестороннюю помощь и поддержку. Совершенствование работы ракетного двигателя требует детального исследования эффектов переноса: конвекции, диффузии и теплопроводности продуктов сгорания в двигателе. Внутри камеры сгорания ракетного двигателя происходят сложные процессы: горение твердого топлива, перемешивание или конвекция продуктов сгорания, дозвуковые, трансзвуковые, сверхзвуковые течения и т. Одна из актуальных проблем, которая возникла сразу после изобретения ракетного двигателя на твердом топливе, - неустойчивость рабочего процесса течения продуктов сгорания в объеме камеры [4,6,7,,,,,,,,,,. Эта проблема продолжает оставаться одной из основных при проектировании ракет. Более чем за пяти десяти летний период исследований в этом направлении актуальность проблемы и необходимость ее дальнейшего изучения не уменьшилась. Более того, в связи с разработкой РДТТ нового поколения с высокими энергомассовыми, эксплуатационными и другими характеристиками актуальность проблемы обострилась [,,,0,1 и др. В камерах сгорания с наличием неравновесных процессов, сопровождающихся интенсивным тепловыделением, (РДТТ, РГД, ПРГ, ядерных реакторах, химических реакторах с экзотермическими процессами и т. В камерах сгорания могут возникать регулярные колебания давления с частотой, близкой к собственной частоте колебаний газа в камере сгорания, и с нарастающей по времени амплитудой (которая может стабилизироваться на некотором уровне). Этот вид нестационарности (акустическая неустойчивость процесса течения продуктов сгорания в ракетном двигателе) связан с возбуждением звуковых волн в камере сгорания [,,,,0,1 и др. Неустойчивость в ракетном двигателе является автоколебательным процессом рабочих параметров, характеристики которых выходят за установленные пределы. Неустойчивость РДТТ существенно снижает надежность, ухудшает внутрибаллистические характеристики, способствует возникновению демаскирующих шумов, способна вывести из строя бортовую аппаратуру и разрушить сам двигатель [,,,,,, и др. Неустойчивость рабочего процесса в РДТТ, в общем случае, может иметь акустическую и неакустическую природу [, и др. Акустическая неустойчивость рабочего процесса в двигателе связана с появлением периодических низко- и высокочастотных колебаний давления (см. Рис. Нестационарное изменение давления в камере сгорания в процессе работы двигателя.