Численное моделирование быстропротекающих физико-химических процессов в многокомпонентных смесях

• Автор: Семенов, Илья Витальевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 120 с. : ил.

1.1 Основные предположения

1.2 Физикохимические процессы в газовой фазе

1.3 Физикохимические процессы в фазе частиц

1.4 Механизмы взаимодействия фаз

1.5 Полная система уравнений динамики для пылегазовой смеси

1.6 База данных для рассматриваемых физикохимических процессов

1.6.1 Кинетика горения угольной пыли.

1.6.2 Кинетика горения водорода

1.6.3 Кинетика испарения частиц льда.

1.6.4 Физикохимические константы

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ЧИСЛЕННОГО РЕШЕНИЯ И ПРОГРАММНАЯ

РЕАЛИЗАЦИЯ МОДЕЛИ
2.1 Принципы построения численного алгоритма
2.2 Расчтные сетки
2.3 Расчт конвективного переноса для параметров фаз
2.4 Расчт межфазного взаимодействия и химических процессов
2.5 Расчт величины шага по времени
2.6 Задача Сода
2.7 Тестирование модели кинетики горения угольных частиц
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ.
3.1 Моделирование разлта фрагментов ледяного метеорита
3.1.1 Определение начального поля параметров.
3.1.2 Результаты расчетов для цилиндрического тела.
3.1.3 Результаты расчетов для сферического тела
3.1.4 Выводы.
3.2 Моделирование движения, газификации частиц и горения пылегазовой
смеси за ударной волной
3.2.1 Подъм и распыление инертной дисперсной фазы из плотного слоя
3.2.2 Формирование течения горючей пылегазовой смеси в угольной шахте большой протяженности
3.2.3 Развитие слоистой детонации в трубах.
3.2.4 Выводы.
3.3 Моделирование работы электрохимического пульсирующего детонационного двигателя
3.3.1 Мелкомасштабная модель.
3.3.2 Запуск крупномасштабного двигателя.
3.3.3 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ЛИТЕРАТУРА


Основное внимание уделяется моделированию так называемого взрыва в полте, в предположении, что это явление связано с разлтом фрагментов и испарением материала метеорита. Во второй части третьей главы рассмотрены задачи движения, газификации, воспламенения, горения и детонации нылегазовой смеси за распространяющейся ударной волной в плоских каналах и осесимметричных трубах с одним закрытым концом при наличии плотных слоев пыли на стенках. У закрытого конца канала или трубы имеется детонационная камера длины ,сА, предназначенная для генерации ударной волны. Интенсивность е воздействия на процесс, при прочих равных условиях, определяется составом горючей газовой смеси, давлением и объемом камеры. С помощью предложенной модели, исследован вопрос о подъме и диспергировании пыли. Приводятся результаты расчтов подъма инертной пыли с использованием различных безразмерных коэффициентов Кщ и К5а в силах Магнуса и Сэффмана. Показано наличие задержки подъма пыли за проходящей ударной волной, а также дальнейший интенсивный подъем при учте силы Магнуса. В третьей части третьей главы приводятся результаты численного моделирования функционирования электрохимического пульсирующего детонационного двигателя. Приведена принципиальная схема работы двигателей подобного рода. Проведено исследование работы мелкомасштабной модели упрощнного варианта электрохимического пульсирующего двигателя. Оценено влияние электрического разряда на динамику процесса горения в камере сгорания. Взрывной распад фрагментов ледяного метеорита движущегося в атмосфере Земли. Формирование детонационной и квазидетонационной волн в каналах и трубах с плотными пристеночными пылевыми слоями. Функционирование электрохимического пульсирующего детонационного двигателя оригинальной конструкции. Разработанные вычислительные алгоритмы и комплекс программ для численного моделирования быстропротекающих физикохимических процессов в многокомпонентных смесях на ЭВМ с параллельной архитектурой. Численное исследование процесса взрыва в полте метеорита в предположении, что это явление связано с разлтом фрагментов и испарением материала метеорита, включающее оценку влияния различных параметров модели начальной формы тела, возможности испарения частиц и интенсивности потери энергии с фронта головной ударной волны за счт излучения на динамику разлта. Предложение о необходимости проведения натурных экспериментов в установках, имеющих большее отношение длины к диаметру, чем используемые в настоящее время. Численное моделирование течений в электрохимическом пульсирующем двигателе. Для мелкомасштабной модели исследование влияние величины секундного расхода горючего, частоты и количества разрядов, добавки горючей пыли на локальные и интегральные характеристики течения, в частности, величину силы тяги и удельного импульса. Для полномасштабной модели С. Вуйтицкого исследование по определению критической энергии инициирования детонационного горения и анализ различных сценариев запуска двигателя с учтом раздельного поступления водорода и воздуха. Оценка влияния энергии дополнительных разрядов на изменение режима работы установки. Мощности современных вычислительных комплексов позволяют решать непосильные ранее задачи, касающиеся широкого спектра процессов в природе и технике. В течение длительного периода времени в центре внимания многих исследователей находятся проблемы моделирования тунгусской катастрофы и движения метеоритов в атмосферах планет, взрывов горючих пылегазовых смесей в угольных шахтах и на промышленных установках. Сравнительно недавно усилия теоретиков и экспериментаторов сконцентрировались на изучении возможности использования детонационного горения в экономичных и экологически чистых реактивных двигателях. Применяются традиционные экспериментальные методы на мелкомасштабных моделях и реальных объектах. Однако их возможности ограничены изза трудоемкости, дороговизны, опасности, недостаточной информативности, а зачастую просто изза невозможности воспроизведения, как в случае тунгусского явления.