Введение к работе
Актуальность темы исследования.
Испарение является важнейшим подготовительным процессом при горении диспергированных топлив в тепловых двигателях и энергоустановках (ракетные и авиационные двигатели, бензиновые и дизельные двигатели внутреннего сгорания, газожидкостные смесительные элементы, топочные устройства, аппараты химической технологии и т.д.), существенным образом влияющим на эффективность протекания последующих процессов и, в конечном итоге, на экологические и энергетические характеристики агрегатов. Разработка моделей, позволяющих более точно описать процессы, происходящие в приповерхностном слое жидкого компонента и на выходе из него, является актуальной задачей.
Цель настоящей работы - моделирование и исследование процессов в пограничном слое при испарении диспергированного топлива в условиях химической неравновесности. Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи исследования:
Разработать физико-математическую модель процессов в пограничном слое, основанную на системе взаимосвязанных нестационарных реакторов идеального смешения (НРИС).
Разработать программное обеспечение расчета параметров процессов в пограничном слое.
Провести тестирование программного обеспечения с использованием имеющихся экспериментальных данных и численных результатов, полученных другими авторами.
4. Оценить вклад химической кинетики в преобразование продуктов
испарения в пограничном слое и сформулировать рекомендации по
использованию моделей химического взаимодействия.
5. Провести параметрический анализ с целью получения оценки влияния
процессов (диффузии, теплопроводности) на параметры в пограничном слое.
6. Исследовать возможность управления параметрами рабочих
процессов в агрегатах энергосиловых установок путем изменения характера
испарения диспергированного топлива.
Научную новизну работы составляют:
' - физическая схема и математическая модель процессов в реагирующем пограничном слое, основанные на концепциях и законах химической кинетики;
- определение степени влияния основных физико-химических процессов
(химическое реагирование, диффузия, теплопроводность) на изменение
параметров парогазовой смеси в пограничном слое и на выходе из него;
практические рекомендации по адекватному использованию различных моделей изменения состава («замороженная», неравновесная, равновесная) в пограничных слоях различной толщины;
подход к определению типа пограничного слоя, основанный на анализе нескольких критериев - диаметра капли, химических реакций в пограничном с
С. Птрвург W^
і
анализ испарения диспергированного азотного тетроксида (N204) в химически активный и инертный внешний поток при высоких и сравнительно низких температурах;
исследование для нескольких топливных композиций возможности управления рабочими параметрами агрегатов жидкостных ракетных двигательных установок путем изменения степени дисперсности компонента.
Практическая ценность и реализация.
Результаты, полученные в данной работе, могут быть использованы при проведении качественного и количественного анализа процессов, протекающих в реагирующем пограничном слое при испарении находящегося в виде капель или плоской горизонтальной пленки жидкого компонента, обдуваемого высокотемпературным газовым потоком, а также при химических преобразованиях в тонких слоях газофазных продуктов вдува через пористые стенки во внешний поток. Проведение исследований с использованием данной модели позволит разработать практические рекомендации по оптимизации конструкции агрегатов тепловых двигателей и энергетических установок.
Автор выносит на защиту:
- физическую схему и математическую модель процессов в пограничном
слое, основанную на системе НРИС;
программное обеспечение расчета параметров процессов в пограничном слое;
- оценку степени влияния основных физико-химических процессов
(химическое реагирование, диффузия, теплопроводность) на изменение
параметров парогазовой смеси в пограничном слое и на выходе из него;
- практические рекомендации по адекватному использованию различных
моделей преобразования состава продуктов испарения («замороженная»,
неравновесная, равновесная) в пограничных слоях различной толщины;
- подход к определению типа пограничного слоя, основанный на
анализе нескольких критериев - диаметра капли, скорости внешнего потока и
скорости химических реакций в пограничном слое;
- результаты анализа испарения диспергированного азотного тетроксида
(N:04) в химически активный и инертный внешний поток при высоких и
сравнительно низких температурах;
- исследование для нескольких топливных композиций возможности
управления рабочими параметрами агрегатов жидкостных ракетных
двигательных установок путем изменения степени дисперсности компонента.
Апробация результатов работы
Основные материалы диссертационной работы публиковались в
журналах «Изв. РАН. Энергетика», «Изв. ВУЗов. Авиационная техника»,
сборниках «Тепловые процессы в двигателях и энергоустановках летательных
аппаратов», «Моделирование процессов в двигателях и энергоустановках
летательных аппаратов», монографии «Математическое моделирование
высокотемпературных процессов в энергосиловых установках» (М.: Наука,
1989), докладывались и обсуждались на Всероссийской школе-
семинаре молодых ученых и специалистов «Проблемы
тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении» (Казань, 2000 г.) и на 13-ой Всероссийской межвузовской научно-технической конференции КФВАУ «Внутрикамерные процессы в энергетических установках, акустика, диагностика, экология» (Казань, 2001). Материалы диссертации опубликованы в 7 статьях.
Личный вклад
Похожие диссертации на Моделирование и исследование процессов в пограничном слое при испарении диспергированного топлива в условиях химической неравновесности
