Введение к работе
Актуальность проблемы. Широкое разнообразие режимов работы реактивных двигателей, газогенераторов и других технических устройств, в которых используется твердое топливо (ТТ). обуславливает необходимость изучения нестационарного горения конденсированных высокоэнергетических веществ. При этом для получения качественных представлений о происходящих процессах целесообразнее вместо дорогостоящих натурных испытаний применять метод математического моделирования.
Известно, что нестационарное горение твердого топлива, сопро-вондашееся значительными изменениями скорости горения и давления з камере, может приводить к недопустимому нарушению режима работы ракетного двигателя, когда возникают значительные изменения тяги или времени работы двигателя, разрушение корпуса и т.п. Б связи с этим представляется вазаым уметь прогнозировать особенности горения пороха в нестационарных условия::.
В больпіинстве теоретических опубликованных работ по проблемам ЕС-устойчивого горения топлива как в неограниченном объеме, так и в камере с истечением рассматривается вопрос линейной устойчивости для малых возмущения. Для практики se наиболее ватно, в случае возникновения колебаний скорости горения и давления, оценивать не только область устойчивого горения, ко и предельную амплитуду этих колебаний. В связи с этим возникает необходимость нелинейного анализа поведения горящего твердого топлива. Более реалистичное описание процессов, происходящих при горении твердого топлива в неограниченном объеме и в камере с истечением позволяет с большей обоснованностью решать задачи разработки и конструирования соответствующих технических устройств.
Цель работы. 1) Обобщить феноменологическую модель Зельдовича - Ковогилова на случай горения двухкомлоЕЄНтного твердого топлива, позволяющее учитывать изменение во времени состава газоьых продуктов,покидающих поверхность горения. Аналитическими и численными методами исследовать нестационарное горение дзухкомпснентяо-го твердого топлива в неограниченном и полузамкнутом объемах е переходных режимах, обусловленных возмущением внешних параметров. 2) Рассмотреть вопрос об устойчивости процесса горения твердых то-плие в камере с истечением в случае взаимодействия энтропийных и акустических волн, а также при догорании металлических частиц, вы-
леташих с поверхности твердого топлива в свободный объем камеры.
Научная новизна.
В рамках феноменологической теории горения твердого топлива Зельдовича-Новожилова разработана модель нестационарного горения двухкомпонекткого пороха, компоненты которого газифицируются при различных температурах. Методом линейного анализа получено аналитическое выражение для границы устойчивого горения двухкомпо-нентного твердого .топлива с подповерхностной газификацией. Показана существенная зависимость положения этой границы от величины тепловыделения при подповерхностной газификации летучих компонентов, исходной доли летучих компонентов в топливе и температуры газификации легколетучего компонента.
Методами численного моделирования исследованы переходные режимы горения двухкомпонентных твердых топлив в неограниченном объеме и в камере с истечением. Выделены диапазоны изменения параметров пороха (К.г), камеры с истечением (х,л«т) и внешних возмущений (Дл), позволяющие прогнозировать характер переходного режима горения твердого топлива в полузамкнутом и неограниченном объемах. Показана возможность значительных изменений в процессе горения не только линейной скорости горения и линейной скорости газификации, но и доли летучих компонентов в общем массовом потоке газа и структуры приповерхностного пористого слоя топлива как при сравнительно малых» так и при значительных возмущениях внешних параметров.
В рамках нульмерного подхода найдено выражение для функции отклика тепловыделения сгорапцих в камере металлических частиц на изменения давления. Показано, что увеличение исходного размера частиц в топливе способствует стабилизации работы камеры с истечением.
Получено аналитическое выражение для декремента затухания и границы устойчивости при взаимодействии акустических и энтропийных волн. Теоретически показано, что, благодаря указанному взаимодействию, положение границы устойчивости и декремент затухания малых возмущений от опыта к опыту определяются с некоторым разбросом. Это обусловленно высокой чувствительностью величины сдвига по фазе энтропийных и акустических волн к малым возмущениям среднего по камере числа Маха.
Практическая ценность. Результаты работы'могут быть использованы при моделировании работы двигателей на твердом топливе и газогенераторов на стадии их разработки и конструирования. Рас-
. -з -
смотренные задачі! имеют отношение к оценке устойчивости режимов работы камеры с истечением при горении твердых топлие.
Апробация работы. Результаты, изложенные в диссертации, докладывались на їх Всесоюзном симпозиуме по горению и ззрызу (Суздаль, 1939 г.), її и ні Всесоюзных школах семинарах по макрокинетике и химической газодинамике (Томск, 1988 г., Красноярск, 1990 г.), v Всесоюзной школе-семинаре по вопросам воспламенения и горения дисперсных систем (Одесса, 198S г.), iv Международном семинаре по структуре пламени (Новосибирск, 1992 г.), Международном совещании по проблемам горения твердых топлив и химической газодинамики (Томск, 1992 г.).
Публикации. По результатам работы имеется 6 публикаций.
Объем работы. Диссертация объемом 141 стр. состоит из введения, трех глав, заключения и включает 3S рис., о табл., 107 библиографически найменований.
