Тема: МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ГАЗООБРАЗНЫХ ПОТОКОВ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ СО СТЕНКАМИ СОПЛОВЫХ БЛОКОВ

При конструировании перспективных ракетных двигателей (РД) важной задачей является повышение энергетических характеристик двигательной установки, в особенности, удельного импульса тяги. Трудность проектирования процесса истечения газа заключается в том, что реальный процесс истечения газа в сопловом блоке значительно отличается от принятой в термодинамическом расчете идеальной модели. Действительный процесс истечения сопровождается потерями энергии, что приводит к снижению (потерям) энерготяговых характеристик, таких как: удельный импульс и тяга. Потери в сопле обусловлены различными газодинамическими и физико¬химическими процессами. Основополагающими из них являются потери:
• из-за рассеяния, вызванные неравномерностью параметров потока в выходном сечении сопла, включая непараллельность вектора скорости оси сопла;
• трения, возникающие вследствие возникновения пограничного слоя, который препятствует движению вязкого, теплопроводного потока в проходных сечениях сопла;
• химической и энергетической неравновесности, возникающие с тем, что время протекания физико-химических превращений становится соизмеримо со временем пребывания продуктов сгорания в сопле;
• многофазности, возникающие вследствие наличия в продуктах сгорания конденсированной фазы, приводящей к необратимым процессам ускорения жидких или твердых частиц, теплообмена между фазами, неравновесности фазовых переходов;
• других причин, таких как: отличие действительного геометрического контура сопла от расчетного (идеального), особенностей технологического процесса производства, разгара сопла в процессе работы [1, с.112].
Как правило, исключительное внимание уделяют потерям на рассеяние, на трение и потерям, связанным с неравновесным протеканием физико - химических процессов в газовой динамике. Эти три вида потерь обычно являются основными и тесно связаны с газодинамическими и физико¬химическими явлениями, имеющими место при течении газа в сопле. В связи с вышеизложенным, моделирование течения газообразных продуктов сгорания с учетом потерь удельного импульса является актуальной задачей при проектировании сопловых блоков ракетного двигателя.
Цель работы: Разработать программный комплекс для моделирования взаимодействия газообразных потоков продуктов сгорания со стенками сопловых блоков и расчета составляющих потерь удельного импульса.
Задачи:
1. Изучить методики расчета внутрибаллистических параметров в сопловом блоке ракетного двигателя на твердом топливе (РДТТ) с целью выявления преимуществ и недостатков.
2. Реализовать методику расчета внутрибаллистических параметров квазиодномерного течения продуктов сгорания в соплах различных типов с течением по времени по схеме Годунова и полуэмпирическую методику В.С.Авдуевского для учета пограничного слоя вблизи стенки.
3. Реализовать программу расчета для определения
внутрибаллистических характеристик соплового блока с учетом потерь удельного импульса на трение и теплового состояния стенки.
4. Провести численные исследования в осесимметричной постановке с помощью программного комплекса Ansys Fluent для определения составляющих потерь удельного импульса.

Купить

1. Разработана методика расчета внутрибаллистических параметров в сопловом блоке ракетного двигателя с учетом составляющих потерь удельного импульса и теплового состояния стенки.
2. Проведены расчеты по определению толщины пограничного слоя в сопле при различных моделях турбулентности и построена сравнительная характеристика со значениями, полученными в ходе реализации полуэмпирической методики В.С Авдуевского.
3. Реализована модель движения невязкого и вязкого газов в осесимметричных соплах РД и проведены параметрические расчёты в программном пакете Ansys Fluent.
4. Показано, что значения пограничного слоя В.С Авдуевского близки к значениям, полученным с использованием модели k-ш SST и k-ш Standart, что обосновано описанием пристеночных функций, в отличии от k-e модели.
5. Выявлено, что относительная погрешность в определении составляющих потерь удельного импульса на трение составляет 1,52 - 9,25% относительно инженерной методики расчета
6. Из оценки теплового состояния критического сечения соплового блока следует, что наличие вкладыша толщиной в 5 мм из углерод - углеродного композиционного материала в критическом сечении позволяет обеспечить необходимую тепловую защиту критического сечения сопла для предотвращения разгара критической области

Купить