Методика нестационарного моделирования процессов горения в ракетном двигателе малой тяги на газообразном топливе кислород и водород

В. М. Зубанов, Л. С. Шаблий, Д. В. Степанов

Аннотация


Описана методика CFD-моделирования процессов горения в ракетном двигателе малой тяги, работающем на газообразных компонентах топлива: кислороде и водороде. Моделирование горения проводилось в нестационарной постановке с использованием программного обеспечения ANSYS CFX. Рассмотрены и описаны три известных механизма моделирования реакций горения кислорода и водорода. Отдельным результатом работы стал способ преобразования данных о свойствах газов, заданных через коэффициенты уравнения состояния Шомейта, в формат NASA-полиномов. Установлена возможность быстрого отыскания начального компонентного состава путём стационарного моделирования с использованием модели горения EDM. Описаны выявленные сложности применения модели горения FRC, связанные с большим разбросом исходных данных о скоростях химических реакций. Описан способ создания Flamelet-библиотеки встроенным в ANSYS CFX генератором CFX-RIF. Предложена методика моделирования нестационарных процессов горения в ракетном двигателе малой тяги на основе Flamelet-библиотеки. В ходе её апробации было выявлено циклическое движение поля температур в камере, напоминающее прецессию вихревого ядра потока. Предложенная методика может использоваться для изучения этого процесса и других нестационарных процессов в ракетных двигателях.


Ключ. слова


CFD-моделирование; нестационарные процессы горения; ракетный двигатель малой тяги; прецессия вихревого ядра

Полный текст:

PDF

Список литературы

1. Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. Основы проектирования: учеб. для вузов. М.: Московский государственный технический университет, 2005. 488 c.

2. Чванов В.К., Кашкаров А.М., Ромасенко Е.Н., Толстиков Л.А. Турбонасосные агрегаты ЖРД НПО «Энергомаш» // Конверсия в машиностроении. 2006. № 1. С. 15-21.

3. Kozlov V.E., Chechet I.V., Matveev S.G., Titova N.S., Starik A.M. Modeling study of combustion and pollutant formation in HCCI engine operating on hydrogen rich fuel blends // International Journal of Hydrogen Energy. 2015. V. 41, Iss. 5. P. 3689-3700. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2015.12.078

4. Biryuk V., Kayukov S., Zvyagintsev V., Lysenko U. Ways of speed increase for internal combustion engine fuel injectors // Research Journal of Applied Sciences. 2014. V. 9, Iss. 11. P. 721-724. DOI: 10.3923/rjasci.2014.721.724

5. Егорычев В.С., Шаблий Л.С., Зубанов В.М. Моделирование внутрикамерного рабочего процесса РДМТ на газообразных кислороде и водороде в ANSYS CFX: учеб. пособие. Самара: Самарский университет, 2016. 136 с.

6. Zubanov V., Egorychev V., Shabliy L. Design of Rocket Engine for Spacecraft Using CFD-Modeling // Procedia Engineering. 2015. V. 104. P. 29-35. DOI: 10.1016/j.proeng.2015.04.093

7. Gerasimov G.Ya., Shatalov O.P. Kinetic mechanism of combustion of hydrogen-oxygen mixtures // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 2013. V. 86, Iss. 5. P. 987-995. DOI: 10.1007/s10891-013-0919-7

8. Matveev S.S., Zubrilin I.A., Orlov M.Y., Matveev S.G. Numerical investigation of the influence of flow parameters nonuniformity at the diffuser inlet on characteristics of the GTE annular combustion chamber // ASME Turbo Expo 2015: Turbine Technical Conference and Exposition. 2015. V. 4A. DOI: 10.1115/gt2015-42676

9. NIST Chemistry WebBook. http://webbook.nist.gov/chemistry/

10. Chase M.W. NIST-JANAF Themochemical Tables. New York: American Chemical Society and the American Institute of Physics for the National Institute of Standards and Technology, 1998. 1961 p.

11. ANSYS CFX-Solver Modeling Guide, 2011.

12. Гардинер У. Химия горения. М.: Мир, 1988. 351 с.

13. ANSYS FLUENT User's Guide, 2011.

14. Zubanov V.M., Shabliy L.S., Krivcov A.V. Rational technique for multistage centrifugal pump CFD-modeling // ASME Turbo Expo 2015: Turbine Technical Conference and Exposition. 2015. V. 2B. DOI: 10.1115/gt2015-42070


DOI: http://dx.doi.org/10.18287/2541-7533-2016-15-4-64-74

Ссылки

  • Ссылки не определены.


 

Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 International License.

 

ISSN: 2541-7533