Автореферат (1149876)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

На правах рукописиПРОДАН Николай ВасильевичНЕСТАЦИОНАРНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СВЕРХЗВУКОВЫХ СТРУЙМЕЖДУ СОБОЙ ИЛИ С ПРЕГРАДОЙСпециальность 01.02.05 - Механика жидкости, газа и плазмыАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукСанкт-Петербург – 2016Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете.Научный руководитель работы:доктор физико-математических наук,профессорМатвеев Сергей КонстантиновичОфициальные оппоненты:Ткаченко Игорь Вячеславовичдоктор технических наук,Санкт-Петербургский государственныйморской технический университет,заведующий кафедрой Гидроаэромеханики иморской акустикиЧернышов Михаил Викторовичдоктор технических наук, доцент,Санкт-Петербургский политехническийуниверситет Петра Великого, заведующийкафедрой «Экспериментальные процессы вматериалах и взрывобезопасность»Ведущая организацияВоенно-космическая академия имениА.Ф.

Можайского (Санкт-Петербург)Защита состоится «»декабря2016 г. вна заседаниисовета Д212.232.30 по защите докторских и кандидатских диссертаций приСанкт-Петербургском государственном университете по адресу: 198504,Санкт-Петербург, Петродворец, Университетский пр., 28, математикомеханический факультет, ауд. 405.С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке им.

М.Горького Санкт-Петербургского государственного университета по адресу:199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7/9 и на сайтеhttps://disser.spbu.ru/files/disser2/disser/mWDb82TJgH.pdfАвтореферат разослан «»2016 г.Ученый секретарьдиссертационного советаЕ.В. Кустова2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы. Одной из самых актуальных задач, возникающихпри проектировании авиационных и ракетно-космических транспортныхсистем, является задача уменьшения донного сопротивления. На протяженииминимум шестидесяти последних лет для моделирования течений вокрестности донных частей летательных аппаратов, а также в соплахдвигательных установок использовалось течение в цилиндрическом канале свнезапным расширением поперечного сечения.Среди многих задач газовой динамики, связанных с взаимодействиемсверхзвуковых струй с преградами, течение сверхзвуковых струй в каналах свнезапным расширением представляет особый вид, относящийся котрывным. Такие течения реализуются в различных технических устройствахракетно-космической техники и технологических установках: в пусковыхтрубах, соплах с разрывом образующей, газодинамических лазерах,диффузорах стендов имитации высотных условий, фурмах и дутьевыхустройствах металлургических печей, в газовой арматуре и трубопроводаххимической промышленности.

Явление турбулентного отрыва, как и всякоеявление природы, по мере углубленного изучения представляется все болеесложным по своим свойствам, формам и проявлениям. Однако, спрактической точки зрения, в исследовании турбулентного отрыва достигнутнесомненный прогресс, благодаря чему наличие развитого отрыва и егоглавные свойства можно предсказать и правильно учитывать припроектировании технических устройств. Разнообразие реальных отрывныхтурбулентных течений, их сложная физическая природа и отсутствие общейтеории приводят к необходимости сочетания физического эксперимента ирасчетных приближенных и аналитических исследований в большей степени,чем в других разделах газовой динамики.

Задача о распространениисверхзвуковых струй в каналах с внезапным расширением являетсятрадиционной для прикладной газовой динамики. Интенсификацияисследований в данном направлении обусловлена требованиями практикисоздания новой транспортной техники, в том числе, рассчитанной набольшие сверхзвуковые скорости полета.Цель работы.

Целью работы является исследование истечениясверхзвуковых струй с внезапным расширением на различных режимах ивыявление основных физических механизмов и процессов, сопровождающихэти явления.3В настоящей работе в качестве предмета исследования выбраны круглаясверхзвуковая струя и блок струй, истекающие в осесимметричный канал свнезапным расширением. Такие течения содержат в себе практически всеэлементы более сложных течений и могут служить их моделью.

Призаданной геометрии сопла, соплового блока и канала течение может бытьполностью определено множествами газодинамических переменных F0 –параметров торможения рабочего газа, истекающего из сопла или блокасопел, и Fн – параметров газа, заполняющего канал до начала истеченияструи или блока струй. Множества F состоят из термодинамических итеплофизических переменных, определяющих состояние рабочего иокружающего газа: P – давление, Т – температура, γ = Cp/Cv – показательадиабаты и другие, которые влияют на донное давление Pд в окрестностивыходного сечения сопла Лаваля.Объектом исследования являются ударно-волновые структуры (УВС),образующиеся в канале при истечении в него из сопла Лаваля или блокасопел сверхзвуковой недорасширенной струи или блока струй.В задачи исследования входит: выявление основных и переходныхрежимов сверхзвукового истечения струи или блока струй в канал свнезапным расширением поперечного сечения при заданных условияхокружающей среды, изучение стационарных и нестационарных (переходныхи колебательных) режимов сверхзвукового течения, разработка численногометода решения задачи как на стационарных, так и на нестационарныхрежимах, доказательство расходного механизма поддержания колебаний,проведение сравнительного анализа режимов течения для односопловых имногосопловых систем, параметрическое исследование зависимостихарактерных полных давлений перед соплом, отвечающих точкампереключения между режимами, от геометрических параметров установки ипараметров окружающей среды.Методы исследования.

Методология проведения исследованийсочетает углубленное аналитическое изучение свойств ударно-волновыхпроцессов в канале с внезапным расширением, разработку новых численныхметодов повышенной точности и исследования с их помощью ударноволновых процессов, а также натурный эксперимент. Изучались основныетипы ударно-волновых структур, возникающих при взаимодействииодиночной и блочной сверхзвуковой струи со стенками цилиндрическогонасадка - канала с внезапным расширением. Исследовались области ихсуществования, динамика колебанийударно-волновойструктуры,4предельные режимы. В результате обработки экспериментальных данныхполучены параметрические зависимости ключевых параметров течения отгеометрии установки. Для углубления понимания физической картиныявлений автором проводилось систематическое численное моделированиеотрывных течений в канале с внезапным расширением поперечного сечения.Задача решалась в осесимметричной постановке с использованием уравненийНавье-Стокса, осредненных по Рейнольдсу (RANS).

В исследованиииспользовались сопла с Ма = 1, 2, 3, углами полураствора сопел θа = 8°, 15°,30°, 40°. При отработке методики численного моделирования исследоваласьприменимостьразличныхмоделей турбулентностидлярасчетастационарных и нестационарных отрывных течений, а также возможностьпроведения расчетов методом установления или в полностьюнестационарной постановке.Новые результаты, выносимые на защиту:1. Методика численного расчета течения в канале с внезапнымрасширениемпоперечногосечениянастационарныхинестационарных режимах.2. Результаты численного моделирования физической картины теченияна стационарных и нестационарных режимах.3. Результаты экспериментального и численного параметрическогоисследования течения в канале с внезапным расширением как водносопловой компоновке, так и для случая блочных струй.4.

Описание физической картины течения на стационарныхнестационарных режимах, механизмов переходных процессов.и5. Подтверждение расходного характера колебаний давления в доннойобласти.Достоверностьполученныхрезультатовподтверждаетсяодновременным использованием методов вычислительного и физическогоэксперимента, результатами сравнения с работами других авторов.Практическая ценность. Проведенные исследования позволиливыполнить корректное обоснование основных механизмов нестационарныхпроцессов в канале с внезапным расширением. Интерес к этим явлениямвозрос в последнее время в связи с активно ведущимися работами поразработке реактивных двигателей со сверхзвуковым горением, импульсных5детонационных двигателей и т.п.

Результаты работы применимы вметаллургии – они могут быть использованы при разработке устройствперемешивания и дегазации расплавов, при разработке технологическихпроцессов упрочнения материалов, акустического воздействия на объекты сцелью изменения их свойств, и в других областях.Апробация работы. Основные результаты исследований, изложенные вдиссертации, были представлены на следующих семинарах, научныхконференциях и конгрессах:1. Пятые Уткинские чтения. Международнаяконференция.

Санкт-Петербург, 2011 г.научно-техническая2. XL Международная научно-практическая конференция «Техническиенауки – от теории к практике». Новосибирск, 19 ноября 2014 г.3. VIIМеждународнаянаучно-техническаяконференция«Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке» (СанктПетербург, 17-20 ноября 2015 г).4. XLVIIМеждународнаянаучно-практическая«Инновации в науке. Новосибирск, 2015 г.конференция5. Международная научная конференция «Наука – XXI век». Москва, 2728 февраля 2015 г.Результаты были использованы в ходе выполнения ПНИ «Разработкатехнологиинепрерывно-детонационногогиперзвуковоговоздушнореактивного двигателя воздушно-космической транспортной системы суправляемым сжиганием топлива в оптимальных структурно-устойчивыхтройных конфигурациях ударных волн с долей детонационного горения неменее 85% объема камеры сгорания» при финансовой поддержкеМинистерства образования и науки РФ (Соглашение № 14.575.21.0057,уникальныйидентификаторприкладныхнаучныхисследованийRFMEFI57514X0057).

Результаты работы также были использованы в ходевыполнения НИР «Разработка технологии энергетических машин с высокимКПД» по теме №715861, выполняемой в рамках реализации Программыповышения конкурентоспособности Университета ИТМО среди ведущихмировых научно-образовательных центров на 2013-2020 гг.6Публикации результатов. Содержание диссертационной работыдостаточно полно отражено в 15 научных публикациях [1]-[15].

Результатыработы нашли применение в четырех патентах [16]-[21].В работах [2], [4], [8], [12], [13], [15] автору принадлежит постановказадачи, разработка численного эксперимента, проведение численныхрасчетов, анализ результатов расчетов. В работах [1], [3], [5], [14] авторупринадлежат результаты экспериментов. В работах [10]-[11], [6]-[7], [9],автор участвовал в составлении аналитических научных обзоров.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации