Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Магнитогидродинамические течения и электродинамические поля в фарадеевских многополюсных МГД генераторах Ковалев, Константин Львович

Данная диссертационная работа должна поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Ковалев, Константин Львович. Магнитогидродинамические течения и электродинамические поля в фарадеевских многополюсных МГД генераторах : автореферат дис. ... кандидата физико-математических наук : 01.02.05 / Моск. авиацион. ин-т.- Москва, 1995.- 24 с.: ил. РГБ ОД, 9 95-4/2712-6

Введение к работе

Акпгуальность темы. В последние годы в России и за рубежом интенсивно разрабатываются различные МГД преобразователи для аэрокоемнческой техники, транспортных установок и морских судов. Так, например, на аэрокосмических ЛА с высокотемпературными ракетными двигателями jfT>3500K) нетрадиционные схемы МГД генераторов (МГДГ) могут оказаться перспективными источниками электрической энергии большой мощности (1-И 00 МВт). Использование МГДГ в составе энергосиловых установок позволит заменить в системах с ЖРД традиционные турбонасосные агрегаты на электронасосные системы подачи топлива, а также позволит разрабатывать новые типы двигателей большой тяги. Другим примером применения нетрадиционных схем МГД преобразователей большой мощности (~30 МВт) являются полностью или частично электрифицированные ЛА и МГД движители надводных и подводных морских судов, разработка которых ведется в Японии, США, России и др.

Наиболее интересной схемой нетрадиционного МГД преобразователя большой мощности (~ 10-=-40 МВт) является кондукционный фарадеевский многополюсный МГД канал со сплошными электродами (рис. 1) [1-7]. В зависимости от числа пар полюсов Р многополюсные МГД каналы позволяют осуществлять МГД преобразование энергии как в периферийной (Р>3), так и в центральной части струи потока (Р^2). Такие МГДГ позволяют получать большие мощности на борту ЛА за счет отбора малой доли энергии (~1 %) от струи высокотемпературного ракетного двигателя (РД) при минимальных потерях удельной тяги. Например, при тяге РД ~ 80 т (тепловая мощность двигателя ~ 2000 МВт) многополюсный МГДГ позволяет получать ~ 10 МВт электрической мощности на борту ЛА при уровне потерь удельной тяги ~ 1 %. В двигательных (ускорительных) режимах работы многополюсные МГД каналы могут использоваться в гиперзвуковых аэродинамических трубах для выравнивания полей скоростей газового потока, а также в качестве МГД компрессоров двигателей перспективных гиперзвуковых атмосферных ЛА с числом Маха М>10. Многополюсные МГД каналы с внешним обтеканием потока в двига-

тельных режимах работы могут найти применение в качестве МГД движителе? морских судов (схема С. Вэя и др.).

Цель и задачи диссертационной работы. Целью диссертационной работы явля ется разработка принципиально новых многополюсных МГД каналов для электро энергетических установок авиационно-космической техники и транспортных сие тем. Задачами данной работы являются:

  1. Построение аналитических решений комплекса объемных электродннами ческих и магаитогидродинамических задач для расчета локальных электромагнит ных полей и до-, сверх- и гиперзвуковых МГД течений в многополюсных цилиндри ческих и конических МГД каналах с различной конфигурацией электродных моду лей (тонких цилиндрических, U-образных, модульных).

  2. Разработка методов расчета интегральных характеристик многополюсныз цилиндрических и конических МГД каналов с учетом влияния эффекта Холла, па раметра МГД взаимодействия, конструкттшных особенностей электродных модулеї и приэлектродных пограничных слоев.

  3. Экспериментальные исследования на плазменных моделях предложенны; схем многополюсных МГД каналов в условиях их работы на высокотемпературны) плазменных потоках при наличии эффекта Холла и реализации МГД преобразова ния в различных областях течения с целью подтверждения основных положенні разработанных теоретических моделей.

  4. Разработка рациональных конструктивных схем энергосиловых установот мощностью 10-5-20 МВт с встроенным многополюсным МГДГ, работающим на про дуктах сгорания химического топлива (Н2Ж-+С>2Ж с присадками цезия).

  5. Разработка конструктивной схемы многополюсного МГДГ для энергодвига тельной установки мощностью 25 МВт с ядерным реактором для пилотируемой полета к Марсу.

Методы исследования. При выполнении работы использовались методы тео рии возмущений, ТФКП, методы теории функций Грина и рядов Фурье, а такжі современные численные методы решения гиперболических систем дифференциаль ных уравнений в частных производных. В экспериментальных исследованиях ис

пользовались метода.» теории подобия при исследовании процессов и выходных характеристик в МГД каналах. Количественные расчеты проводились с использованием ЭВМ (типа PC АТ-486).

Научная новизна. В диссертационной работе получены следующие новые результаты:

-предложены новые схемы кондукционных многополюсных МГДГ, позволяющие осуществлять МГД преобразование как в периферийной так и в центральной зоне высокотемпературных плазменных струй;

получены аналитические решения задач, описывающие объемные электродинамические и магнитогидродннамические процессы с учетом режима течения потока (до-, сверх- и гиперзвукового), эффекта Холла и параметра МГД взаимодействия в многополюсных цилиндрических и конических МГД каналах с различной конфигурацией электродных модулей;

разработаны универсальные математические модели, алгоритмы и программы расчета локальных и интегральных характеристик миогополюсных МГД каналов с различным конструктивным исполнением электродных модулей;

проведен сравнительный анализ многополюсных МГД каналов с различным конструктивным исполнением электродных модулей и сформулированы рекомендации по проектированию конкретных энергосиловых установок;

на плазменных моделях многополюсных МГД каналов получены экспериментальные данные, подтвердившие основные положения разработанных теоретических моделей.

Практическая ценность работы. Разработаны схемы и определены параметры принщшиалыю новых энергосиловых и электроэнергетических установок на базе многополюсных МГД каналов для перспективной аэрокосмической техники и транспортных систем. В том числе:

- разработана конструктивная схема энергосиловой установки с встроенным в
сопло ракетного двигателя многополюсным МГДГ, работающим на продуктах сго
рания химического топлива (Нгж+Огж с присадками цезия). Показано, что такая

установка при тяге двигателя — SO т обеспечивает получение электрической мои пости ~ 10 МВт^ при этом потери удельной тяги относительно невелики ~ 1 %;

- разработана конструктивная схема многополюсного МГДГ для энергодвиг тельной установки с ядерным реактором для пилотируемого полета на Map показано, что применение на боргу двигательной установки с удельным импульсо 2-Ю4 Н с/кг многополюсных МГДГ позволяет получать при малых потерях удел ной тяги (~ 2%) электрическую мощность ~ 25 МВт, достаточную для питания бо] товых потребителей.

Реализация результатов работы. Выполнены проектные разработки конкре ных энергосиловых установок мощностью 10 и 25 МВт для перспективной аэроко мической техники. Разработанные теоретические модели, алгоритмы и программ и предложенные конструктивные схемы внедрены в проектные разработки энерг силовых установок с химическим и ядерным ракетными двигателями. Спроектир вана универсальная установка и плазменная модель многополюсного МГДГ, позв ляющая проводить детальные экспериментальные исследования характеристик параметров различных конструктивных схем многополюсных МГДГ.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и ее отдел ные разделы докладывались на: 11 международной научно-технической конфереї ции по МГД преобразованию энергии (Китай, 1992 г.), 30 международном сими зиуме SEAM (США, 1992 г.), на конференции "Приоритетные направления разв] тия и проблемные вопросы бортовых, двигательных и энергетических установо] (г. Москва, 1993 г.). Материалы диссертации опубликованы в 9 печатных работах изложены в 4 научно-технических отчетах.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, чеп рех глав, заключения и списка литературы. Основная часть диссертации содержі 102 страницы машинописного текста, 40 рисунков и 2 таблицы на 40 страница Список литературы содержит 10 страниц машинописного текста и включает V. наименования. Общий объем работы составляет 152 страницы.