Введение к работе
Актуальность работы. Преобразование энергии топлива в агрегатах энергоустановок (камерах сгорания ЖРД, ВРД, РДТТ, газогенераторах) включает і) себя комплекс весьма сложных физико-химических процессов: турбулентное течение, тепло- и массобмен, фазовые переходы, химическое взаимодействие* н др. Разработка ресурсосберегающих технологий, стремление к повышению надежности конструкций и увеличению их ресурса, получение оптимальных показателей (в том числе н с экологических позиций) рабочего тела приводит к необходимости теоретического анализа рабочего процесса в агрегатах энергоустановок. Эффективным методом исследования в настоящее время является численное моделирование. Развитие методов математического моделирования и вычислительной техники позволяет создавать модели и программное обеспечение, учитывающие возрастающие требования к адекватности физических моделей реальным процессам.
Цель работы. Разработка математической модели физико-химических процессов в агрегатах двигателей летательных аппаратов и энергоустановок, учитывающей изменение параметров рабочего тела, обусловленное протеканием химических реакции с конечными скоростями, обмен массой, количеством движения и энергией между фазами, тепло- и массообмен между областями течения, эффект турбулентного переноса. Создание алгоритма решения и программного комплекса. Проведение численных исследований процессов преобразования энергии топлива в агрегатах энергоустановок.
Научная новизна. В диссертации разработана математическая модель двухмерного реагирующего турбулентного газожндкостного течения. Модель описывает двухфазные течения, относящиеся к типу разреженных. В модели учитывается взаимовлияние основных составляющих рабочего процесса: нагрев и испарение капель жидкого компонента, развитие двухфазного турбулентного течения, протекание химических реакции с конечными скоростями. Модель работоспособна как при малых, так и при больших значениях давления рабочего тела (увеличение давления приводит к увеличению скоростей химических реакции, что обусловливает увеличение "жесткости" решаемых дифференциальных уравнении изменения состава; в модели также предусмотрена возможность расчета испарения капель при давлениях газовой смеси выше критического давления жидкого компонента). Модель позволяет рассчитывать течения газожидкостных и газовых смесей, состав газовой фазы которых близок к термодинамическому равновесию, а также течения с бесконечно малыми скоростями химических реакций. Численные исследо-
вания позволили дать ряд практических рекомендаций, связанных с оптимизацией энергетических и экологических параметров рабочих тел.
Достоверность разработанной модели базируется на корректности принятых допущений, а также использовании известных н общепринятых теорий в области моделирования высокотемпературных процессов (химическая кинетика, термодинамика, газодинамика, теория испарения капель). Достоверность полученных результатов подтверждается сравнением с экспериментальными данными и результатами других авторов.
Практическая ценность. Модель двухмерного реагирующего турбулентного газожидкостного течения и созданный на ее основе программный комплекс могут найти применение для усовершенствования существующих агрегатов энергоустановок, а также при разработке новых изделий. Программный комплекс обладает универсальностью относительно компонентов топлива, набора веществ газовой и жидкой фаз, химических реакций, работоспособностью в широком диапазоне давлений, возможностью прогнозирования малых концентраций индивидуальных веществ. Программный комплекс позволяет проводить оперативную оценку влияния изменения конструктивных и режимных параметров на эффективность рабочего процесса.
Апробация работы. Диссертационная работа, ее отдельные разделы и результаты докладывались на научно-технической конференции "НИЧ - 50 лет" (Казань, 1994), международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы математического моделирования и автоматизированного проектирования в машиностроении: Модель-проект 95" (Казань, 1995). Основные результаты работы отражены в 3 публикациях и 2 отчетах о НИР.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения, содержит 145 страниц машинописного текста, 44 рисунка. Список литературы содержит 160 названий.
