Исследование процессов смешения продуктов газификации твердых углеводородов с высокоэнтальпийным газовым потоком в каналах постоянного сечения

Приведены результаты численного моделирования процессов смешения продуктов газификации твердых углеводородов с дозвуковым потоком высокоэнтальпийной кислородсодержащей смеси газов в каналах постоянного сечения. Разработана математическая модель для расчета полноты смешения, основанная на решении системы полных осредненных по Фавру уравнений Навье - Стокса для вязкого теплопроводного газа в трехмерной нестационарной постановке с учетом турбулентности. В технически значимом диапазоне рабочих параметров исследована возможность интенсификации смесеобразования в канале постоянного сечения посредством изменения числа сопел подачи продуктов газификации твердых углеводородов, выбора угла вдува и возбуждения пульсаций давления в струе продуктов газификации твердых углеводородов. Полученные данные будут полезны на этапе поисковых исследований для оценки эффективности рабочего процесса при диффузионном горении смеси газов в каналах постоянного сечения.

Литература

[1] Van Wie D., D’Alessio S., White M. Hypersonic airbreathing propulsion // Johns Hopkins APL Technical Digest. 2005. Vol. 26. No. 4. P. 430-437. URL: http://techdigest.jhuapl.edu/TD/td2604/VanWie.pdf

[2] Александров В.Н., Быцкевич В.М., Верхоломов В.К. и др. Интегральные прямоточные воздушно-реактивные двигатели на твердых топливах. Основы теории и расчета / под ред. Л.С. Яновского. М.: Академкнига, 2006. 343 с.

[3] Kurth G., Bauer C., Hopfe N. Performance assessment for a throttleable ducted rocket powered lower tier interceptor // 51st AIAA/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference, Propulsion and Energy Forum. 2015. DOI: 10.2514/6.2015-4234 URL: https://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/6.2015-4234

[4] Пиралишвили Ш.А., Поляев В.М., Сергеев М.Н. Вихревой эффект. Эксперимент, теория, технические решения. М.: УНПЦ "Энергомаш", 2000. 412 с.

[5] Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. М.: Наука, 1991. 600 c.

[6] Гуськов О.В., Копченов В.И. Численное исследование структуры течения в канале при сверхзвуковых условиях на входе // Аэромеханика и газовая динамика. 2001. № 1. С. 28-39.

[7] Sosounov V.A. Research and development of ramjets/Ramrockets. Part 1. Integral solid propellant ramrockets // Research and Development of Ram/Scramjets and Turboramjets in Russia. Loughton. 1994. P. 10-12.

[8] Hamed А., Das K., Basu D. Numerical simulation of unsteady flow in resonance tube // AIAA. 2002. No. 1118. P. 1-14.

[9] Александров В.Ю., Арефьев К.Ю., Ильченко М.А. Экспериментальное исследование влияния акустико-вихревых автоколебаний на процесс разрушения недорасширенной сверхзвуковой струи в затопленном пространстве // Теплофизика и аэромеханика. 2016. № 4. С. 533-542. DOI: 10.1134/S0869864316040041

[10] Гиневский А.С., Власов Е.В., Каравосов Р.К. Акустическое управление турбулентными струями. М.: Физматлит, 2001. 232 с.

[11] Ferziger J.H., Peric M. Computational methods for fluid dynamics. Berlin, Germany, 2002.

[12] Wilcox D.C. Turbulence modeling for CFD. DCW Industries, 2006.

[13] Гарбарук А.В., Стрелец М.Х., Травин А.К., Шур М.Л. Современные подходы к моделированию турбулентности. СПб.: Изд-во Политехнического ун-та, 2016. 234 с.

[14] Волков К.Н., Емельянов В.Н. Моделирование крупных вихрей в расчетах турбулентных течений. М.: Физматлит, 2008. 368 с.

[15] Favre A.J. Review of space-time correlations in turbulent fluids // Journal of Applied Mechanics. 1965. Vol. 32. No. 2. P. 241-257.

[16] Фрик П.Г. Турбулентность: подходы и модели. М.: НИЦ РХД, 2010. 107 с.

[17] Ильина Е.Е., Ильина Т.Е., Денисенко П.В. Применимость различных дифференциальных моделей турбулентности при численном расчете сверхзвуковых неизобарических струй // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2015. Т. 15. № 3. С. 500-508. DOI: 10.17586/2226-1494-2015-15-3-500-508

[18] Влияние полноты сгорания топлива на характеристики прямоточных воздушно-реактивных двигателей / И.С. Аверьков, В.Ю. Александров, К.Ю. Арефьев, А.В. Воронецкий, Гуськов О.В., А.Н. Прохоров, Л.С. Яновский // Теплофизика высоких температур. 2016. Т. 54. № 6. С. 939-949. DOI: 10.7868/S0040364416050045

[19] Аннушкин Ю.М. Основные закономерности выгорания турбулентных струй водорода в воздушных каналах // Физика горения и взрыва. 1981. Т. 17. № 4. С. 59-71. DOI: 10.1007/BF00761209

[20] Александров В.Ю., Кукшинов Н.В. Модифицированная кривая выгорания для модельных высокоскоростных камер сгорания, интегрированных с воздухозаборным устройством // Физика горения и взрыва. 2016. Т. 52. № 3. С. 32-36. DOI: 10.1134/S0010508216030047