Отзыв ведущей организации (Численное моделирование детонации газокапельных смесей в каналах)

УТВЕРЖДАЛО ВРИО генерального директора центр Келдыша Госуьар гвыгвыа нау гнып ггсогр Росаагсгскоуг Фесераннн— феасрноогое гснунарсогсинее угвггарвое прсаоргки?ггс "Исследовательский центр имени М.В.Кеддынуа" (ГНЦ ФГУП "Центр Кеалыигнн) уа. Онежская, /с 8, г. Москва, Россия, 125438 Теа. г? (495) 456-4608 Факс+7(495) 456 8228 ПКПО073473300ГРН 1027700402303 ННН/КПП7?11000036/774301001 Пегове)песин(его; Негсо согосопго; Нпр://огсев.Негсапа)его К В.В. Кошлаков 09.12.2016 г. 1~0~К, Щ?3' ка на (90 ОТ ОТЗЫВ ВЕДУЩЕЙ ОРГАНИЗАЦИИ на диссертацию Москаленко Ольги Александровны «Численное моделирование детонации газокапельных смесей в каналах», представленной на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.02.05 «Механика жидкости, газа и плазмы» Актуальность темы диссертации Большой научный и практический интерес к изучению высокоскоростного горения и детонации газокапельных горючих смесей связан как с необходимостью создания систем взрывобезопасности, направленных на подавление детонации (при взрывах на угольных шахтах, в промышленности при образовании реагирующих пылей, в двигателях внутреннего сгорания и др.), так и с желанием научиться управлять детонационным горением при создании перспективных технологических и энергетических установок (установки детонационно-газового напыления, объемные взрывы, прямоточные воздушно-реактивные двигатели, перспективные двигатели, использующие энергию нестационарных и стационарных детонационных волн).

В настоящее время в России и за рубежом проводятся интенсивные экспериментальные и расчетно-теоретические исследования высокоскоростного горения и детонации газовых, газокапельных и газодисперсных смесей. В тех случаях, когда используются хорошо апробированные математические модели и вычислительные алгоритмы, дополнительная информация, получаемая с помощью численного моделирования, не уступает по надежности экспериментальным данным и превосходит последние по своей полноте. Необходимо отметить, что задача моделирования высокоскоростного горения и детонации газокапельных смесей в полном объеме до сих пор не может быть решена с помощью широко используемых импортных и отечественных универсальных пакетов прикладных программ. Задача создания отечественного научного задела, включающего многомасштабные физико-математические модели, оригинальные вычислительные алгоритмы и комплексы программ для моделирования детонации газокапельных смесей является актуальной и востребованной.

Содержание диссертации Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы концепция и основные положения диссертационной работы. В первой главе представлен обзор литературы по теме диссертации. Во второй главе представлена физико-математическая модель газокапельных течений в каналах при наличии испарения и газофазных химических реакций, описаны использованные в работе численные методы и вычислительные алгоритмы.

В третьей главе исследовано влияние капель воды на параметры и структуру стационарной детонационной волны (ДВ) в горючих смесях: водород-кислород-аргон, водород-воздух, метан-воздух и детонация метаноло-воздушной газокапельной горючей смеси. Приводятся результаты математического моделирования: — детонации горючих газовых смесей, подача диспергированной воды в которые приводит к ослаблению и затуханию детонационных волн. рассмотрены смеси диспергированной воды и топлива: водород-кислород- аргон. водород-воздух, метан-воздух; - детонации газокапельных смесей, в которых горючим являются капли метанола, а окислителем, входящий в состав воздуха кислород. В четвертой главе рассмотрена задача численного моделирования стационарных волн горения, детонации и нестационарной детонационной волны в керосино-воздушной горючей смеси.

Приводиться самосогласованная методика восстановления непротиворечивой системы теплофизических свойств тяжелого углеводородного горючего в жидком и газообразном состояниях. Рассчитаны равновесные адиабаты продуктов сгорания керосиновоздушных горк>чих смесей при различных отноц>ениях начальных масс керосина и воздуха ((!.05< М„. !М„„. < 0.4).

Г1роведено численное моделирование стационарных волн горения и детонации в стандартных условиях при отношении начальных масс керосина и воздуха в диапазоне от 0.01 до 1. Расчетным путем получена структура стационарных волн горения и детонации, включающая нагрев и испарение частиц, воспламенение и соответствук>щее изменение температуры и состава продуктов сгорания.

Исследовано влияние массовой доли керосина на минимальную скорость стационарной детонации и максимальную скорость газа при которой существует стационарная волна горения. Г1роведено численное моделирование детонации газокапельной керосино-воздушной горючей смеси в модельной ударной трубе при различных соотношениях горючее-окислитель. Расчетным путем получена временная развертка процесса, включающая: взаимодействие падающей ударной волны с керосино-воздушной газокапельной горючей смесью; нагрев горн>чей смеси; испарение капель керосина с последующими экзотермическими газофазными химическими превращениями; образование волны сжатия: формирование и распространение волны детонации; выход детонационной волны на режим, близкий к стационарному.

сформулированы основные В заключении диссертационной работы. результаты Основные результаты В диссертационной работе получены следующие новые результаты: 2. Разработан эффективный вычислительный алгоритм совместного решения одномерных уравнений физической газовой динамики, сопротивления и тепломассообмена капель жидкости с многокомпонентным газом при наличии газофазных химических превращений, описываемых многостадийными кинетическими механизмами.

3. Численно решена задача о стационарных волнах детонации и дефлаграции в канале в горючей смеси, состоящей из многокомпонентного реагирующего газа и испаряющихся капель. Рассчитаны равновесные адиабаты и структура волн детонации в горючих газовых смесях 1водород- 1. Предложена уточненная универсальная физико-математическая модель высокоскоростных течений многокомпонентного газа и капель жидкости для случая равновесных и неравновесных, описываемых многостадийными кинетическими механизмами, химических превращений в газовой фазе, в которых участвуют как вещества, входящие в состав газа, так и продукты испарения капель. кислород-аргон, водород-воздух, метан-воздух) с добавлением капель воды и горючих газокапельных смесях метанола и керосина с воздухом.

4. Разработан метод получения коэффициентов, входящих в аппроксимационные формулы температурной части потенциала Гиббса для жидкого и газообразного состояния углеводородных горючих сложного состава (бензина, керосина и дизельного топлива), моделируемого в рамках модели однокомпонентной жидкости. 5.

Расчетным путем получена нестационарная картина инициирования детонации в газокапельной керосино-воздушной смеси падающей ударной волной. Показано, что использование модели горения с необратимыми реакциями может приводить к завышенным температурам продуктов сгорания, а также к зависимости конечной темперагуры от диаметра капель при неизменной массовой доле горючего. Расчетным путем получено, что параметры стационарных волн горения и детонации асимптотически стремятся к равновесным значениям — точке на равновесной адиабате. Расчетным путем обнаружено, наблюдаемое в экспериментальных исследованиях, двухочаговое воспламенение горючей смеси. Достоверность и обоснованность полученных результатов Достоверность и обоснованность результатов представленных в диссертационной работе не вызывает сомнений, т.к. они основаны на строгих физико-математических моделях, устойчивых численных методах.

Используемые в работе модели и численные методы верифицировались сравнением с результатами экспериментальных и расчетно-теоретических исследований других авторов. Теоретическая и практическая значимость и рекомендации по использованию результатов диссертационной работы Разработанные вычислительные алгоритмы и комплекс программ могут использоваться для экспресс-анализа реагирующих многофазных течений в энергетических и технологических установках (в которых реализуются высокоскоростные течения, в том числе с детонацией или дефлаграцией), а также в качестве элемента в составе комплексов программ многомерного моделирования. Предложенные в диссертации методики математического моделирования позволяют рассчитывать для газовых и газокапельных топлив произвольного состава: скорости волн детонации и дефлаграции, а также состав продуктов сгорания, температуру, давление и др., в том числе и в режиме Чепмена-Жуге; определять задержку воспламенения и тонкую структуру волн детонации, вплоть до выхода системы на равновесное состояние.

Результаты работы могут быть использованы при разработке систем управления детонацией для изучения взрывобезопасности при образовании реагирующих пылей (объемные взрывы) и для проектирования различных энергетических и технологических установок, использующих энергию нестационарных и стационарных детонационных волн (прямоточные двигатели„установки детонационно-газового напыления и пр.). Замечания по диссертационной работе 1. В работе не указаны границы применимости предложенной физикоматематической модели. 2.

В диссертационной работе расчеты проводятся для монодисперсных капель воды и топлива, и при этом отсутствуют расчеты и ничего не говориться о влиянии функции распределения по размерам капель воды и топлива на параметры волн детонации. 3. Несмотря на высокую степень проработки материала и качество его оформления, в диссертационной работе имеются некоторые неточности. Например, в работе указано на несоответствия между различными справочными данными для углеводородных топлив, однако не приводится правило выбора достоверных данных, на основании которых в дальнейшем восстанавливаются термодинамические свойства этих топлив. При расчете теплофизических свойств углеводородного горючего на основе справочных данных (стр.

90-95) не соблюдаются правила окрутления величин, а описание процесса расчета носит неструктурированный характер. Неоднократно встречается запись через знак равенства величин разной размерности (Дж/кг и Дж/моль, кг/м3 и кг/моль). Сделанные замечания не снижают общей положительной оценки работы, достоверности, значимости и новизны полученных результатов. Заключение Диссертационная работа Москаленко О.А.

представляет собой завершенную научно-квалификационную работу на актуальную тему, основные результаты диссертации достаточно полно отражены в 15 работах (3 в изданиях, включенных в перечень ВАК). Работа изложена ясным языком, лаконично и последовательно. Автореферат диссертации отражает основные результаты работы и соответствует содержанию диссертации. На основании вышесказанного считаем, что диссертационная работа Москаленко Ольги Александровны «Численное моделирование детонации газокапельных смесей в каналах» соответствует всем требованиям, предъявляемым Высшей аттестационной комиссией к диссертациям на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.02,05 «Механика жидкости, газа и плазмы», а соискатель Москаленко Ольга Александровна заслуживает присвоения ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.02.05 «Механика жидкости, газа и плазмы».

Диссертационная работа обсуждена на заседании секции НТС отделения 2 ГНЦ ФГУП Центр Келдыша (протокол № 12 от «05» декабря 2016 г.) Начальник отделения, д.т.н., профессор В.В. Миронов Заместитель начальник отделения Начальник отдела, д.т.н., профессор Д.М. Борисов Старший научный сотрудник, к.ф.-м.н. А.В. Ананьев Старший научный сотрудник, к.ф.-м.н. А.С. Рощин ГНЦ ФГУП «Центр Келдыша» Адрес: ул, Онежская, д. 8, г. Москва, Россия, 125438 Сайт: Ы://я ич .1сегслпз1с.ги Ета11: 1сегс а.е1пе1лпзЖхн; 1сегс сотсог.ги Телефон: +7(495)456-4608 .