Введение к работе
Работа посвящена исследованию процесса смесеобразования и горения в до- и сверх- звуковом потоке.
Актуальность работы.
В настоящее время в связи с необходимостью решения ряда практических задач разработки летательных аппаратов с ПТВРД и высокоскоростными ПВРД, рассчитанных на полет в диапазоне чисел Маха от 4 до 8 и выше, весьма актуальным является исследование процессов смесеобразования и горения в высокоскоростном дозвуковом и сверхзвуковом потоках.
Этой проблеме посвящены многочисленные теоретические, расчётные и экспериментальные работы. Однако существует ряд задач, которые ещё не получили удовлетворительного решения.
Целью работы является исследование процесса смесеобразования и горения в до- и сверх- звуковом потоке в каналах сложной пространственной конфигурации.
Основными задачами, решаемыми в работе являются:
-
Разработка метода для численного моделирования пространственных вязких двухфазных реагирующих высокоскоростных течений в каналах. Метод включает в себя методику постановки граничных условий на поверхностях произвольной формы, методику расчета на стыковочных сетках, метод расчёта термодинамических свойств веществ и газофазных химических реакций, вычисления турбулентных коэффициентов переноса;
-
Разработка пакета программ для расчета трехмерных вязких реагирующих течений в каналах сложной пространственной конфигурации, позволяющего рассчитывать локальные (давление, температура, плотность, концентраций) и интегральные параметры камеры сгорания воздушно-реактивного двигателя, определять эффективность процесса горения и полноту сгорания. Адаптация методики численного моделирования для параллельных вычислений на многоядерных центральных и графических процессорах, верификация разработанной физико-математической модели и метода численного моделирования;
-
Разработка на основе численного моделирования геометрии проточной части гиперзвуковой камеры сгорания со стабилизацией процесса горения на струях газогенератора, проведение' её оптимизации.
4. Проведение экспериментальных исследований процесса смесеобразования и горения в до- и сверх- звуковом потоке, сравнение полученных экспериментальных данных с расчётными;
Научная новизна работы состоит в следующем:
-
Разработан метод и программный комплекс для численного моделирования вязких трехмерных двухфазных реагирующих высокоскоростных течений в каналах сложной конфигурации, проведена адаптация численных методов (и программного комплекса) под параллельные архитектуры с общей памятью, такие как центральные многоядерные и графические процессоры;
-
Предложена оригинальная схема, проведены экспериментальные исследования и получены характеристики (распределение давлений, температур, полноты сгорания) камеры сгорания ГПВРД со стабилизацией пламени на струях, получаемых в результате сгорания богатой смеси в газогенераторе.
-
Выполнена оптимизация параметров камеры сгорания ГПВРД со сверхзвуковым горением и стабилизацией пламени на струях газогенератора.
-
По результатам численных расчетов спрогнозированы места прогаров стабилизаторов V - образной формы в дозвуковой камере сгорания за стойками топливного коллектора.
Достоверность полученных результатов подтверждается сопоставлением результатов расчета, полученных предложенным численным методом, с данными экспериментальных исследований и результатами расчётов другими методами. Достоверность экспериментальных результатов обеспечивается тщательным планированием эксперимента и качественным экспериментальным оборудованием.
Практическая ценность результатов работы заключается в том, что предложенный численный метод и экспериментальные исследования вязких трехмерных реагирующих течений позволяют прогнозировать основные характеристики натурных ГПВРД и высокоскоростных ПВРД на различных режимах функционирования.
На защиту выносится:
-
Метод и программа расчета вязких трехмерных реагирующих течений в областях сложной пространственной конфигурации;
-
Схема ГПВРД с камерой сгорания и стабилизацией пламени на вдуваемых газогенераторных струях, результаты оптимизации параметров камеры;
-
Результаты экспериментальных исследований процесса горения в дозвуковых и сверхзвуковых потоках;
4. Результаты расчета основных характеристик течения в дозвуковой и сверхзвуковой камере сгорания, их сравнение с экспериментальными данными;
Апробация работы и научные публикации:
Основные результаты, изложенные в диссертации, докладывались и обсуждались на 48-ой, 49-ой и 50-ой открытой конференции Московского физико-технического института в 2005, 2006, 2007 гг.; международной конференции EUCASS в 2009 и 2011 гг, конференции по неравновесным процессам в соплах и струях (NPNJ) в 2008 г, XVII Международной Конференции по вычислительной механике и современным прикладным программным системам (ВМСППС) 2011 г, научных семинарах и конференциях Центра Келдыша.
Основное содержание и результаты диссертационной работы отражены в 10 публикациях, в том числе 3 из перечня ВАК.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, 4"х глав и заключения, содержит - 134 машинописных листов, включающих 75 рисунков, 7 таблиц и список используемой литературы из 54 наименований.
