Численное моделирование сжигания топлива в стационарной детонационной волне в канале переменного сечения со сверхзвуковым потоком на входе и выходе


DOI: 10.34759/trd-2019-109-6

Авторы

Гидаспов В. Ю. *, Кононов Д. С. **

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), Волоколамское шоссе, 4, Москва, A-80, ГСП-3, 125993, Россия

*e-mail: gidaspov@mai.ru
**e-mail: dr.kononoff@yandex.r

Аннотация

Рассматривается течение водородо-воздушной горючей смеси в канале переменного сечения, представляющего собой два последовательно расположенных сопла Лаваля. Считается, что входной сверхзвуковой поток тормозится и сжигается в детонационной волне, которая реализуется внутри канала. Ниже по потоку продукты сгорания разгоняются до сверхзвуковых скоростей. Получены стационарные решения для случая химически неравновесных течений. Путем численного моделирования квазиодномерных течений многокомпонентного реагирующего газа показано, что детонационная волна устойчива в расширяющемся канале и неустойчива в сужающемся. Для рассматриваемой формы канала численно определен диапазон начальных скоростей потока, при котором реализуется устойчивая стационарная детонационная волна.

Ключевые слова:

численное моделирование, канал переменного сечения, детонационные волны, стационарное течение, прямая задача теории сопла, неравновесные химические превращения

Библиографический список

  1. Черный Г.Г. Газовая динамика. – М.: Наука, 1988. – 424 с.

  2. Крайко А.Н., Широносов В.А. Исследование устойчивости течения в канале с замыкающим скачком уплотнения при околозвуковой скорости потока // Прикладная математика и механика. 1976. Т. 40. С. 579 – 586.

  3. Гринь В.Т., Крайко А.Н., Тилляева Н.И., Широносов В.А. Анализ устойчивости одномерного течения в канале при произвольном изменении параметров стационарного потока между сечением замыкающего скачка и выходом из канала // Прикладная математика и механика. 1977. Т. 41. С. 637 – 645.

  4. Борисов А.Д. Исследование влияния способа подачи струй в камеру на эффективность смешения и горения топливо-воздушной смеси // Труды МАИ. 2017. № 90. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=74721

  5. Ананьев А.В., Борисов Д.М., Васютичев А.С. Гидаспов В.Ю., Дегтярев С.А., Лаптев И.В., Руденко А.М. Численное моделирование пространственных смешанных двухфазных течений с химическими превращениями применительно к воздушно-реактивным двигателям // Вестник Московского авиационного института. 2009. Т. 16. № 2. С. 131 – 140.

  6. Ребров С.Г., Голиков А.Н., Голубев В.А., Молчанов А.М., Яхина Г.Р. Численное моделирование процесса смесеобразования в модельной камере сгорания с лазерным зажиганием при работе на компонентах кислород-водород, кислород-метан // Труды МАИ. 2013. № 69. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=43154

  7. Liu J.-J. A thermodynamic analysis of quasi–one–dimensional self–sustaining gaseous detonation waves // Proceedings of the Royal Society A. Mathematical, physical & engineering sciences, 1999, available at: https://royalsocietypublishing.org/doi/abs/10.1098/rspa.1999.0426

  8. Гидаспов В.Ю., Кононов Д.С. Об устойчивости детонационной волны в канале переменного сечения при сверхзвуковом входном и выходном потоках // XXI международная конференция по вычислительной механике и современным прикладным программным системам (ВМСППС’2019): материалы конференции. (Алушта, 24-31 мая 2019). – М.: Изд-во МАИ, 2019. С. 438 – 440.

  9. Гидаспов В.Ю. Численное моделирование одномерного стационарного равновесного течения в детонационном двигателе // Труды МАИ. 2015. № 83. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=61826

  10. Гидаспов В.Ю. Численное моделирование химически неравновесного течения в сопле жидкостного ракетного двигателя // Вестник Московского авиационного института. 2013. Т. 20. № 2. С. 90 – 97.

  11. Sharpe G. J. The effect of curvature on detonation waves in Type Ia supernovae // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2001, vol. 322, pp. 614 – 624.

  12. Крюков В.Г., Абдуллин А.Л., Демин А.В., Сафиуллин И.И. Сравнение явных и неявных разностных схем расчета химически неравновесных процессов в соплах // Труды МАИ. 2017. № 92. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=76848

  13. Крюков В.Г., Абдуллин А.Л., Никандрова М.В., Исхакова Р.Л. Сокращение механизмов реакций при моделировании высокотемпературных течений в соплах // Труды МАИ. 2019. № 105. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=104166

  14. Radenac E. Fluctuating energy balance method for postprocessing multiphase flow computations // Journal of propulsion and power, 2013, vol. 29, no. 3, pp. 699 – 708.

  15. Гурвич Л.В., Вейц И.В., Медведев В.А. и др. Термодинамические свойства индивидуальных веществ: Справочное издание в 4-х т. – М.: Наука, 1978. Т. 1. Кн. 2. – 328 с.

  16. Sardeshmukh S., Heister S., Xia G., Merkle C., Sankaran V. Kinetic Modeling of Hypergolic Propellants Using Impinging Element Injectors // 48th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, 2012, https://doi.org/10.2514/6.2012-3760

  17. Гардинер У., Диксон-Льюис Г. и др. Химия горения. – М.: Мир, 1988. – 464 с.

  18. Годунов С.К., Забродин А.В., Иванов М.Я., Крайко А.Н., Прокопов Г.П. Численное решение многомерных задач газовой динамики. – М.: Наука, 1976. – 400 с.

  19. Левин В.А., Мануйлович И.С., Марков В.В. Стабилизация волны детонации в сверхзвуковом потоке // Вестник Московского университета. Серия 1: Математика. Механика. 2011. № 4. С. 28 – 33.

  20. Deiterding R. High-resolution numerical simulation and analysis of Mach reflection structures in detonation waves in low-pressure H2–O2–Ar mixtures: a summary of results obtained with the adaptive mesh refinement framework AMROC // Journal of Combustion, 2011, doi:10.1155/2011/738969


Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2020

Вход