Оптимальное профилирование каналов импульсных сверхзвуковых МГД-генераторов

• Автор: Смирнов, Андрей Анатольевич
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 135 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1. РАСЧЕТ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ И ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ В КАНАЛЕ МГД-ГЕНЕРАТОРА
1.1. Метод расчета двухфазного течения продуктов сгорания плазмообразующих топлив в канале заданной конфигурации
1.1.1. Прямой метод расчета течения двухфазной среды в до-, трансзвуковой области
1.1.2. Расчет двухфазного течения в сверхзвуковой части ускоряющего сопла
1.2. Расчет турбулентного пограничного слоя
1.3. Расчет перекоса давления на электродных стенках
1.4. Учет приэлектродного падения потенциала
1.5. Расчет теплового потока в стенку канала
1.6. Расчет электрофизических параметров
1.6.1. Случай сплошных электродов
1.6.2. Случай секционированных электродов
2. ЧИСЛЕННЫЙ МЕТОД РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ ПОИСКА ОПТИМАЛЬНОГО КАНАЛА МГД-ГЕНЕРАТОРА
2.1. Описание инженерно-физических ограничений
2.2. Постановка вариационной задачи
2.3. Метод решения вариационной задачи
2.4. Пример работы алгоритмов решения задачи минимизации функции с ограничениями
3. РАСЧЕТ ОПТИМАЛЬНОГО КАНАЛА МГД-ГЕНЕРАТОРА ФАРАДЕЕВСКОГО ТИПА СО СПЛОШНЫМИ ЭЛЕКТРОДАМИ
4. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ОПТИМАЛЬНЫХ КАНАЛОВ МГД-ГЕНЕРАТОРОВ СО СПЛОШНЫМИ ЭЛЕКТРОДАМИ ПО ОДНОМЕРНОЙ И ДВУМЕРНОЙ МОДЕЛИ ТЕЧЕНИЯ
4.1. Метод осреднения
4.2. Пример сравнительных расчетов в оптимальных каналах по квазиодномерной и двумерной моделям течения
5. РАСЧЕТ ОПТИМАЛЬНОГО КАНАЛА МГД-ГЕНЕРАТОРА ФАРА ДЕЕВ СК ОГО ТИПА С СЕКЦИОНИРОВАННЫМИ
ЭЛЕКТРОДАМИ
5.1. Особенности метода расчета оптимального канала с секционированными электродами
5.2. Расчет оптимального канала МГД-генератора с секционированными электродами
5.3. Сравнительный анализ оптимального канала МГД-генератора с
секционированными и сплошными электродами
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Диссертационная работа посвящена исследованию структуры решения вариационной задачи поиска оптимальной конфигурации контура и режима нагружения каналов импульсных сверхзвуковых МГД-генераторов, работающих на продуктах сгорания твердых металлизированных плазмообразующих топлив.
Актуальность этого направления вытекает из необходимости повышения энергетических, ресурсных и экологических характеристик сверхзвуковых импульсных МГД-генераторов, используемых в качестве автономного источника питания различного целевого назначения.
Одним из важных направлений при проектировании МГД-установок является математическое моделирование и численный эксперимент, позволяющие значительно сокращать материальные затраты при проектировании. Кроме того, в ряде случаев только с помощью математического моделирования и численного эксперимента можно представить качественную картину процессов и получить необходимые количественные оценки.
Создание новых МГД-установок, расширение области их применения, требует решения новых задач и разработки новых методов, как в теоретическом, так и в экспериментальном плане.
К таким задачам относятся постановка и разработка методов решения вариационной задачи оптимального профилирования газодинамического тракта и выбора режима нагружения импульсного МГД-генератора, обеспечивающего максимальную удельную мощность при учете инженерно-физических ограничений. При этом постановка задачи должна базироваться на математической модели течения адекватно описывающей реальные течения в газодинамическом тракте МГД-генератора.

вдоль сопла приводится на рис. 1.3 где изображены распределения давления, числа Маха, скорости газовой фазы и частиц и температуры газовой фазы и частиц.
1.1.2. Расчет двухфазного течения в сверхзвуковой части
В сверхзвуковой части сопла расчет проводился маршевым методом.
Система уравнений для газовой фазы в случае стационарного течения решалась численно с помощью аналога явной конечноразностной схемы предиктор-корректор, предложенной Мак-Кормаком [41]. Эта схема имеет второй порядок аппроксимации.
Для иллюстрации метода запишем систему уравнений стационарного движения газовой компоненты в следующем виде
А - площадь канала, сила Лоренца, - объемный отбор энергии от потока в результате его взаимодействия с электромагнитным полем,Б.. -объемная сила трения между газом и частицами 1-й фракции, <Зт -объемный тепловой поток между газом и частицами 1-й фракции.
ускоряющего сопла

Ар и

Ари2