Автореферат (786510)

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

Текст из файла

На правах рукописиМоскаленко Ольга АлександровнаЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДЕТОНАЦИИГАЗОКАПЕЛЬНЫХ СМЕСЕЙ В КАНАЛАХСпециальность 01.02.05 – «Механика жидкости, газа и плазмы»АВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква – 20162Работа выполнена на кафедре «Вычислительная математика ипрограммирование» Федерального государственного бюджетногообразовательного учреждения высшего образования «Московскийавиационный институт (национальный исследовательский университет)»Научный руководитель:Гидаспов Владимир Юрьевич,кандидат физико-математических наук, доцентОфициальные оппоненты:Голуб Виктор Владимирович,доктор физико-математических наук,профессор, заведующий отделом физическойгазовой динамики Объединенного институтавысоких температур РАНЗагордан Надежда Леонидовна,кандидат физико-математических наук,научный сотрудник ФИЦ «Информатика иуправление» РАНВедущая организация:Государственный научный центр РоссийскойФедерации федеральное государственноеунитарное предприятие «Исследовательскийцентр имени М.В.

Келдыша»Защита состоится ___ ________ 2016 года в ___ часов на заседаниидиссертационного совета Д212.125.14 Московского авиационного института поадресу: 125993, г. Москва, А-80, ГСП-3, Волоколамское шоссе, д. 4.С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Московскогоавиационного института по адресу: 125993, г. Москва, А-80, ГСП-3,Волоколамское шоссе, д. 4. или на сайте МАИ по ссылке:https://www.mai.ru/events/defence/index.php?ELEMENT_ID=74096Автореферат разослан ___ ________ 2016 г.Отзывы в 2-х экземплярах, заверенные печатью, просим отправлять поадресу: 125993, г.

Москва, А-80, ГСП-3, Волоколамское шоссе, д. 4, Ученыйсовет МАИ.Ученый секретарь диссертационногосовета Д212.125.14, кандидатфизико-математических наук, доцентГидаспов В.Ю.3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальностьтемы.Систематическоеэкспериментальноеитеоретическое изучение детонации началось в конце 19 века. С пятидесятыхгодов 20 века активно развивается теория многомерной детонации газовых,газокапельных и газодисперсных смесей.

Большой научный и практическийинтерес к изучению высокоскоростного горения и детонации газокапельныхгорючих смесей связан как с необходимостью создания системвзрывобезопасности, направленных на подавление детонации (при взрывах наугольных шахтах, в промышленности при образовании реагирующих пылей, вдвигателях внутреннего сгорания, на атомных станциях и др.), так и с желаниемнаучиться управлять детонационным горением при создании перспективныхтехнологических и энергетических установок (установки детонационногазового напыления, объемные взрывы, прямоточные воздушно-реактивныедвигатели, перспективные двигатели, использующие энергию нестационарныхи стационарных детонационных волн).В настоящее время в России и за рубежом проводятся интенсивныеэкспериментальныеирасчетно-теоретическиеисследованиявысокоскоростного горения и детонации газовых, газокапельных игазодисперсных смесей.

Результаты подобных работ представлены вавторитетных журналах, на большом числе международных симпозиумов,конференций и семинаров, отражены в ряде монографий. В связи с бурнымразвитием в последние 30 лет вычислительной техники численноемоделирование, как альтернатива и дополнение к экспериментальнымисследованиям, стало необходимым этапом научных исследований иконструкторских разработок. Причем, в тех случаях, когда используютсяхорошо апробированные математические модели и вычислительныеалгоритмы, дополнительная информация, получаемая с помощью численногомоделирования, не уступает по надежности экспериментальным данным ипревосходит последние по своей полноте.Необходимо отметить, что задача моделирования высокоскоростногогорения и детонации газокапельных смесей в полном объеме до сих пор неможет быть решена с помощью широко используемых импортных иотечественных универсальных пакетов прикладных программ.

Поэтому,крайне важно создание отечественного научного задела, включающегомногомасштабныефизико-математическиемодели,оригинальныевычислительные алгоритмы и комплексы программ для моделированиядетонации газокапельных смесей.Целью диссертационной работы является разработка физикоматематической модели, вычислительных алгоритмов и комплекса программдля моделирования волн детонации и дефлаграции в газокапельных смесях вканалах.Методы исследования. Основным методом исследования являетсяматематическое моделирование.4Научная новизна.

В диссертационной работе получены следующиеновые результаты:1. Предложена уточненная универсальная физико-математическая модельвысокоскоростных течений многокомпонентного газа и капель жидкости дляслучая равновесных и неравновесных, описываемых многостадийнымикинетическими механизмами, химических превращений в газовой фазе, вкоторых участвуют как вещества, входящие в состав газа, так и продуктыиспарения капель.2. Разработан эффективный вычислительный алгоритм совместногорешения одномерных уравнений физической газовой динамики, сопротивленияи тепломассообмена капель жидкости с многокомпонентным газом приналичиигазофазныххимическихпревращений,описываемыхмногостадийными кинетическими механизмами.3.

Численно решена задача о стационарных волнах детонации идефлаграции в канале в горючей смеси, состоящей из многокомпонентногореагирующего газа и испаряющихся капель. Рассчитаны равновесные адиабатыи структура волн детонации в горючих газовых смесях (водород-кислородаргон, водород-воздух, метан-воздух) с добавлением капель воды и горючихгазокапельных смесях метанола и керосина с воздухом.4. Получены коэффициенты, входящие в аппроксимационные формулытемпературной части потенциала Гиббса для жидкого и газообразногосостояния углеводородных горючих сложного состава (бензина, керосина идизельного топлива), моделируемого в рамках модели однокомпонентнойжидкости.5.

Расчетным путем получена нестационарная картина инициированиядетонации в газокапельной керосино-воздушной смеси падающей ударнойволной.Научная и практическая значимость работы состоит в том, чторазработанные вычислительные алгоритмы и комплекс программ могутиспользоваться для экспресс-анализа реагирующих многофазных течений вэнергетических и технологических установках (в которых реализуютсявысокоскоростные течения, в том числе с детонацией или дефлаграцией), атакже в качестве элемента в составе комплексов программ многомерногомоделирования.

Предложенные в диссертации методики математическогомоделирования позволяют рассчитывать для газовых и газокапельных топливпроизвольного состава: скорости волн детонации и дефлаграции, а также составпродуктов сгорания, температуру, давление и др., в том числе и в режимеЧепмена-Жуге; определять задержку воспламенения и тонкую структуру волндетонации, вплоть до выхода системы на равновесное состояние.Достоверность и обоснованность результатов, представленных вдиссертационной работе, обеспечивается строгостью математическихпостановок, разработкой адекватных физико-математических моделей,устойчивостью и сходимостью используемых численных методов,тестированием вычислительных алгоритмов, а также сравнением результатов5численного моделирования с результатами экспериментальных и расчетнотеоретических исследований других авторов.Апробация результатов исследования.

Основные результатыдиссертационной работы докладывались в период с 2006 по 2014 гг. нанаучных семинарах по физической газовой динамике, руководителем которыхбыл У.Г. Пирумов, а также на XV, XVIII и XIX Международных конференцияхпо Вычислительной механике и современным прикладным программнымсистемам (2007-2015 гг.); на VII, IX, X, XI Международных конференциях понеравновесным процессам в соплах и струях (2008-2016 гг.); наМеждународных научно-практических конференциях Воскресенского филиалаНОУ ВПО «Российский Новый Университет» (2013 -2015 гг.).Личный вклад. Соискатель принимал непосредственное участие впостановке задач, разработке вычислительных программ, проведении расчетов,их обработке и анализе, а также подготовке статей и докладов наконференциях.

Соискателем реализованы используемые численные методырешения задачи, проведены вычислительные эксперименты и выполнен анализполученных расчетных данных. Все положения диссертации, выносимые назащиту, получены соискателем самостоятельно.Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 15работах, включая 3 статьи в журналах, входящих в перечень ВАК, и в 12статьях и тезисах докладов в материалах тематических конференций.Структура и объем работы.

Работа состоит из введения, четырех глав,заключения. Полный объем диссертации составляет 144 страницы с 63рисунками и 6 таблицами. Список литературы состоит из 232 наименований.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность темы, сформулированы концепцияи основные положения диссертационной работы.В первой главе представлен обзор литературы по теме диссертации.Во второй главе представлена физико-математическая модельгазокапельных течений в каналах при наличии испарения и газофазныххимических реакций, описаны использованные в работе численные методы ивычислительныеалгоритмы.Cчитается,чтоввыраженияхдлягидродинамических потоков вещества, импульса и энергии можно пренебречьслагаемыми, описывающими диффузию, вязкость и теплопроводность, иограничиться только слагаемыми, описывающими конвективный перенос.Вязкость, теплопроводность и диффузия могут, тем не менее, существенновлиять на процессы, происходящие в непосредственной окрестностиповерхности частиц, поэтому их необходимо учитывать в слагаемых,описывающих взаимодействие несущей и дисперсной фаз друг с другом.Течение двухфазной смеси в каналах с пологими стенками можнорассматривать в рамках квазиодномерного приближения.

Уравнения,описывающие течение многокомпонентного реагирующего газа в областях6непрерывности течения, при сделанных предположениях записываются вследующем виде:F  uF  MF ;txF;uF  ( u 2  p) F  IF  ptxxu2p u2 (e  ) F  u (e   ) F  EF ;t2x 2F i  uF i  Wi F , i  1,..., N .tx(1)(2)(3)(4)Здесь M , I , E - слагаемые, учитывающее массообмен, тепловое и механическоевзаимодействия газа с частицами, N - число газообразных компонентов всмеси,  , p, e,  i - плотность, давление, внутренняя энергия и мольно-массовыеконцентрации, F -площадь канала, Wi - число молей i-ого вещества,образующегося в единице объема в единицу времени за счет протеканияхимических реакций и фазовых переходов.Для описания диспергированной фазы, применяется следующая системауравнений:ns F  ns u s F  0 ;txns ms F  ns u s ms F   MF ;tx2ns ms u s F  ns ms u s F   IF ;tx22ususn s m s F (e s )  n s u s m s F (e s )   EF .t2x2(5)(6)(7)(8)Здесь ns , ms , es , u s - число капель в единице объема, масса, внутренняя энергия,скорость капель, соответственно.Системы уравнений, описывающие совместное течение газа и частиц, связанычерез правые части, учитывающие взаимное влияние фаз, выражения для которыхимеют вид:M  n s ms ;(9)I  n s ( ms u s  ms u ) ;(10). .

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