Отправить статью по E-mail 
Моделирование процессов распыла и горения керосина и жидкого кислорода в камере жидкостного ракетного двигателя
- Авторы: Сеньчев М.Н.1, Зубрилин И.А.1, Юртаев А.А.1, Бенедюк М.А.1, Комисар Ю.В.1
-
Учреждения:
- Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва
- Выпуск: Том 23, № 4 (2024)
- Страницы: 167-179
- Раздел: МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
- URL: https://journals.ssau.ru/vestnik/article/view/28076
- DOI: https://doi.org/10.18287/2541-7533-2024-23-4-167-179
- ID: 28076
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Приведены методика и результаты моделирования внутренних процессов распыла и горения в дозвуковой части камеры жидкостного ракетного двигателя для номинального режима работы в трёхмерной постановке в программе «ANSYS Fluent». Использовался редуцированный механизм химических реакций z77 для моделирования процесса горения. Процесс распыла жидких компонентов топлива (керосин Т-1 и кислород) центробежными однокомпонентными форсунками моделировался с использованием модели дискретных фаз. Полученные результаты (давление, температура и скорость) сравнивались с данными стендовых испытаний и проектным термогазодинамическим расчётом с учётом влияния смесеобразования по методике Ивлева, в результате чего расхождение данных по основным характеристикам не превысило 8%. Следовательно, методика, использованная в данной работе, может быть применена для моделирования процессов распыла и горения жидких компонентов топлива (керосина Т-1 и кислорода) в жидкостном ракетном двигателе.
Ключевые слова
Об авторах
М. Н. Сеньчев
Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва
Автор, ответственный за переписку.
Email: senchevmn@mail.ru
ORCID iD: 0009-0007-9472-6767
аспирант
РоссияИ. А. Зубрилин
Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва
Email: zubrilin.ia@ssau.ru
ORCID iD: 0000-0001-5876-8571
старший научный сотрудник, кандидат технических наук, доцент
РоссияА. А. Юртаев
Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва
Email: don.yurtaev2016@yadnex.ru
ORCID iD: 0000-0001-7918-9181
студент
РоссияМ. А. Бенедюк
Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва
Email: benedyuk00@bk.ru
ORCID iD: 0000-0003-0356-2618
студент
РоссияЮ. В. Комисар
Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва
Email: komisar.yuv@ssau.ru
аспирант
РоссияСписок литературы
- Zettervall N., Furebya C., Nilsson E.J.K. A reduced chemical kinetic reaction mechanism for kerosene-air combustion // Fuel. 2020. V. 269. doi: 10.1016/j.fuel.2020.117446
- Боровик И.Н., Строкач Е.А. Влияние дисперсности распыла капель форсунками на полноту сгорания топлива в жидкостном ракетном двигателе // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. 2016. № 44. C. 45-62. doi: 10.15593/2224-9982/2016.44.03
- Воробьев А.Г., Боровик И.Н., Ха С. Анализ стационарного теплового состояния ЖРД малой тяги с топливом высококонцентрированная перекись водорода − керосин с учётом впрыскивания, испарения и сгорания жидкостных капель топлив // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П. Королёва (национального исследовательского университета). 2014. № 1 (43). C. 41-55. doi: 10.18287/1998-6629-2014-0-1(43)-41-55
- Qin J., Zhang H. Numerical analysis of self-excited combustion instabilities in a small MMH/NTO liquid rocket engine // International Journal of Aerospace Engineering. 2020. V. 2020. doi: 10.1155/2020/3493214
- Сеньчев М.Н., Зубрилин И.А., Диденко А.А., Галитенко В.О. Исследование процессов истечения из центробежных форсунок жидкостного ракетного двигателя на компонентах топлива керосин и жидкий кислород // Полёт. Общероссийский научно-технический журнал. 2022. № 7. C. 28-35.
- Строкач E.А., Боровик И.Н. Численное моделирование процесса распыливания керосина центробежной форсункой // Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Серия Машиностроение. 2016. № 3 (108). С. 37-54. doi: 10.18698/0236-3941-2016-3-37-54
- Гураков Н.И., Матвеев С.Г., Зубрилин И.А., Диденко А.А., Эрнандэс М.М., Ястребов В.В. Гибридная методика определения среднего диаметра капель (D32) керосина в области течения за центробежной форсункой // Сборник докладов Международной научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития двигателестроения» (23-25 июня 2021 г., Самара). Т. 2. Самара: Издательство Самарского университета, 2021. С. 146-147.
- Dikshit S.B., Kulshreshtha D.B., Channiwala S.A. Numerical simulation of pressure swirl atomizer for small scale gas turbine combustion chamber // Proceedings of the 13th International Conference on Heat Transfer, Fluid Mechanics and Thermodynamics (July, 17-19, 2017, Portorož, Slovenia). Р. 171-176.
- ANSYS FLUENT 15.0 Theory Guide. Canonsburg: SAS IP, Inc., 2013. 780 p.
- Cai H., Nie W., Yang X., Wu R., Su l. Three-dimensional numerical analysis of LOX/kerosene engine exhaust plume flow field characteristics // International Journal of Aerospace Engineering. 2017. V. 2017. doi: 10.1155/2017/4768376
- Мосолов С.В., Сидлеров Д.А., Пономарёв А.А., Смирнов Ю.Л. Расчётное исследование особенностей рабочего процесса в камерах сгорания ЖРД, работающих на топливе кислород + углеводороды // Труды МАИ. 2012. № 58.
- Сеньчев М.Н., Зубрилин И.А., Юртаев А.А., Комисар Ю.В. Анализ моделей горения керосина на примере жидкостного ракетного двигателя // Тепловые процессы в технике. 2022. Т. 14, № 1. С. 42-48. doi: 10.34759/tpt-2022-14-1-42-48
- Куценко Ю.Г. Методы расчёта и анализа для моделирования процесса распыла жидкого топлива // Материалы X Международной научно-технической конференции «Процессы горения, теплообмена и экология тепловых двигателей» (27-28 сентября 2017 г., Самара, Россия). Самара: Самарский университет, 2017. С. 32-33.
- Xiao W., Huang Y. Improved semiempirical correlation to predict sauter mean diameter for pressure-swirl atomizers // Journal of Propulsion and Power. 2014. V. 30, Iss. 6. P. 1628-1635. doi: 10.2514/1.B35238
- РЭ 301-02-207-2000. Горючее Т-1 (Т-1 С). Физико-химические и эксплуатационные свойства. Руководство по эксплуатации. СПб: ФГУП «РНЦ Прикладная химия», 2000. 73 c.
- Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М.: Наука, 1972. 720 с.
- Roder H.M., Weber L.A. ASRDI oxygen technology survey. V. 1. Termophysical properties. NASA Publ., 1972. 434 p.
- Jurns J.M., Hartwig J.W. Liquid oxygen liquid acquisition device bubble point tests with high pressure lox at elevated temperatures // Cryogenics. 2012. V. 52, Iss. 4-6. P. 283-289. doi: 10.1016/j.cryogenics.2012.01.022
- ANSYS FLUENT 15.0 User’s Guide. Canonsburg: SAS IP, Inc., 2013. 2620 p.
- Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. М.: Машиностроение, 1968. 396 с.
- Основы теории и расчёта жидкостных ракетных двигателей: учебник для вузов / под ред. В.М. Кудрявцева. М.: Высшая школа, 1975. 656 с.
- Naber J., Reitz R.D. Modeling engine spray/wall impingement // SAE Technical Paper Series. 1988. doi: 10.4271/880107
- Sazhin S.S. Advanced models of fuel droplet heating and evaporation // Progress in Energy and Combustion Science. 2006. V. 32, Iss. 2. P. 162-214. doi: 10.1016/j.pecs.2005.11.001
- ГОСТ 17655-89. Двигатели ракетные жидкостные. Термины и определения. М.: Издательство стандартов, 1990. 59 c.
- Лёвочкин П.С., Чванов В.К., Ганин И.А., Нижегородцев В.П., Яковлев Е.С. Наземная экспериментальная отработка ракетных двигателей 14Д21, 14Д22 и рулевых агрегатов Д664-000, Д664-200, Д664-400 на компонентах топлива «О2+нафтил» // Труды НПО Энергомаш имени академика В.П. Глушко. 2019. № 36. C. 320-339.
- Мелькумов Т.М., Мелик-Пашаев Н.И., Чистяков П.Г., Шиуков А.Г. Ракетные двигатели. М.: Машиностроение, 1976. 400 с.
- Miller R.S., Harstad K., Bellan J. Evaluation of equilibrium and non-equilibrium evaporation models for many droplet gas-liquid flow simulations // International Journal of Multiphase Flow. 1998. V. 24, Iss. 6. P. 1025-1055. doi: 10.1016/S0301-9322(98)00028-7
- Kuo K.K. Principles of combustion. New York: John Wiley and Sons Publ., 1986. 810 p.
Дополнительные файлы
