Автореферат (786510), страница 4

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

Текст из файла (страница 4)

ПриM l / M V  0.1 и начальном диаметре капель 10 мкм скорость детонации ЧепменаЖуге составляет 1619.8 м/с (кривая 1, рис. 11). Температура за ударной волной–1400 К; в начале наблюдается небольшой рост температуры из-засопротивления капель газовому потоку, потом ее уменьшение, связанное синтенсивным испарением капель, затем устойчивый рост температуры из-заэкзотермических реакций между продуктами испарения метанола икислородом, входящим в состав воздуха (в случае пересжатой детонации,кривые 2, 3, снижения температуры не происходит). Процесс заканчивается15достижением системой состояния термодинамического равновесия – точки наравновесной детонационной адиабате.Увеличенный фрагментРис. 11. V-T диаграмма (вода/топливо=0.1, d=10 мкм, P=1 атм.). УА - ударная адиабата, ДА –детонационная адиабата, 1-1-равновесная модель, 1,2,3 – неравновесная модель.

1-детонацияЧепмена-Жуге D= 1619.8 м/с; 2 - D= 2000 м/с; 3 – D= 2400 м/сДля выявления влияния кинетического механизма на параметры течениябыли проведены расчеты, в которых предполагалось, что неравновеснымявляется только процесс испарения, а химические реакции в газовой фазепротекают равновесно (кривая 1-1). Необходимо отметить, что если численноемоделирование проводится корректно и константы скоростей обратныххимических реакций рассчитываются через скорости прямых реакций сиспользованием констант равновесия, то начала и концы фазовых траекторий вравновесных и неравновесных расчетах совпадают.

Получено, что приповышенных температурах и вблизи стехиометрии равновесные инеравновесные фазовые траектории близки ( M l / M V  0.1  0.2 ) и могутотличаться при понижении температуры или удалении от стехиометрии( M l / MV  0.3 ).В целом по результатам моделирования метаноло-воздушных смесей вработе делаются следующие выводы:1. Расстояние, на котором капли полностью испаряются, увеличивается сростом диаметра капель.2. Зависимость расстояния до точки воспламенения от диаметра капель имеетточку минимума при малых размерах капель, что связано с более быстрымпонижением температуры смеси при испарении капель меньшего диаметра.3.

Зависимость расстояния до точки воспламенения имеет пологий минимумпри повышении массовой доли капель фиксированного диаметра, но онобыстро увеличивается при снижении скорости ДВ.4. Минимальная скорость ДВ близка к равновесной скорости детонацииЧепмена-Жуге вплоть до M l / M V  0.3.В четвертой главе рассмотрена задача численного моделированиястационарных волн горения и детонации и нестационарной детонационнойволны в керосино-воздушной горючей смеси.16В разделе 4.1 приводится анализ справочных данных по свойствамтяжелых углеводородных горючих и приводится методика восстановлениявида потенциала Гиббса для жидкой и паровой фаз.Для моделирования углеводородного горючего в работе использовалось”псевдовещество” c условной формулой C X H Y ( бензин - C8.12 H16.53 , керосин C9.32 H 18.2 , дизельное топливо - C12.33 H 22.1 ).При описании углеводородного горючего не учитывается егофракционный состав, его свойства описываются “брутто зависимостями”,такими как зависимости теплоемкости, давления насыщения, теплотыиспарения и т.д.

от температуры. По этим данным восстанавливается потенциалГиббса “псевдовещества”, каким является углеводородное горючее, причем какв жидком, так и в газообразном состояниях.Для расчета термодинамических свойств газообразного вещества видеальногазовом состоянии достаточно знать: энтальпию образования вещества-  f H 0 (298.15) , стандартную энтропию - S 0 (298.15) , зависимость теплоемкостиот температуры: C P (T ) и уравнение состояния, связывающее давление,температуру и молярный объем: PV  RT .

По этим данным можно восстановитьвыражение для потенциала Гиббса вещества, которого достаточно длявычисления произвольных термодинамических свойств.TTC P ,Vp(26)GV ( p, T )   f H V0 (T0 )  T0 S V ( P0 , T0 )   C P ,V dT (T  T0 ) S V0 ( P0 , T0 )  T dT RT ln( ) ,T0T0TP0здесь R - универсальная газовая постоянная, P0  101325 Па - стандартноедавление, T0  298,15 К - стандартная температура. Аналогично для жидкости:TG L ( p, T )   f H L0 (T0 )  T0 S L ( P0 , T0 )   C P , L dT (T  T0 ) S L0 ( P0 , T0 )  TT0TT0C P, LTdT ( p  P0 ) L (T ).(27)Выражения для потенциалов Гиббса фаз содержат ряд функций иконстант, которые могут быть вычислены на основе справочных данных.

Примоделировании течений газокапельных смесей при наличии испарения капель,привязка теплофизических свойств должна осуществляться к справочнымданным по теплоте парообразования и, по возможности, к кривой насыщения.В работе приводятся свойства углеводородных топлив и предлагается триспособа восстановления недостающих величин. Для восстановлениявыражения для потенциала Гиббса газовой фазы задаются: условная формула,температура кипения, критическая температура, энтальпия образованияжидкой фазы, теплота парообразования при температуре кипения и притемпературе вблизи критической, полином от температуры для теплоемкости иплотности жидкой фазы, а также энтропия жидкой фазы, которая вычисляетсяиз предположения, что она стремится к нулю как степенная функция пристремлении температуры к нулю.Были восстановлены для докритических температур, выражения дляпотенциалов Гиббса жидких и газообразных углеводородных горючих.

На рис.12 представлено сравнение зависимости теплоты парообразованияуглеводородного топлива (вычисленной с использованием восстановленной17600001.2500001(ds / ds0) ^2L, КДж / мользависимости для потенциала Гиббса) с расчетами по эмпирическим,аппроксимирующим экспериментальные данные, степенным формулам. На рис.13 приведены результаты сравнения рассчитанной скорости испарения капель(сплошные кривые) с данными K.H.

Liew, E. Urip, S.L. Yang, C.J. Marek AnInteractive Microsoft Excel Program for Tracking a Single Evaporating Droplet inCrossflow // NASA/TM-2004-212910, которые отмечены маркерами.4000030000200000.80.60.40.2100000300350400450500543600 6334010678520.01T, KРис.12. Теплота парообразования ( × дизельное топливо, * - керосин, ▽ - бензин(расчет по восстановленным зависимостямпотенциалов Гиббса жидкой и газовой фаз),сплошные линии - эмпирические формулы0.02t, с30.0360.04Рис.13. Временная зависимость относительного квадрата диаметра испаряющейся одиночной капли керосина в воздухе TS 0 =298.15 К (1, 2, 3, ○, ×, * – без скоростного отставания,T0 = 1000 К; 4, 5, 6, ◊, □, ▽- u 0  u S 0 = 20 м/c,T0 = 600 К; 1, 4, ○, ◊- d S 0 = 20 мкм; 2, 5, ×, □ d S 0 = 50 мкм, 3, 6,*, ▽, - d S 0 = 80 мкм).В разделе 4.2 описывается упрощенный кинетический механизмхимических превращений (Басевич В.Я., Фролов С.М., 2006):1.

C X H Y Y2X  YO2  X CO  H 2 O ;422.2 H 2  O2  2 H 2 O ;3. 2 CO  O2  2 CO2 ; 4. CO  H 2O  CO2  H 2 .Предлагается для корректного перехода к равновесному состояниюпервую реакцию считать обратимой, для этого ее преобразовать к виду:C X H Y  O2 4X2Y4CO H 2O  (1 )C X H Y .2X  Y2X  Y2X  YПроцесс испарения горючего описывается реакцией фазового перехода:(C X H Y ) Ж  (C X H Y ) ГВ разделе 4.3 приводятся результаты численного моделирования волндетонации и дефлаграции в керосино-воздушной газокапельной смеси.

Припредположении о полном испарении керосина сравнивались равновесныеадиабаты, рассчитанные для 7 веществ, входящих в приведенный механизм, идля продуктов сгорания, включающих 26 веществ. На рисунке 14 представленырезультаты сравнения V-T диаграмм. Видно, что в диапазоне 0.5  M K / M Air  0.2 ,адиабаты и точки Чепмена-Жуге близки.

Заметное отличие наблюдается вышеточки Чепмена-Жуге детонации при M K / M Air  0.1 и в окрестности точкиЧепмена-Жуге дефлаграции при M K / M Air  0.2 .1845000.1240000.13500T, K30002500524i,17 8кгв/кгТ200020.080.060.04150033 9 A61000500140.021010110V , м / кгРис.

15 Зависимость массовой доли твердогоуглерода от удельного объема вдольравновеснойадиабатыприразличныхотношениях массы керосина к массе воздуха.1- 0.2; 2 – 0.3; точки Чепмена-Жуге 3 –детонации, 4 – дефлаграцииV , м / кгРис. 14. V-T диаграмма процесса приразличных m k /m air . Полный( 1-3, 7, 9) исокращенный (4-6, 8,A) набор веществ 1, 40.1; 2, 5 – 0.15; 3, 6 – 0.2; 4 – 0.2; 5 – 0.3; 6 –1.0; точки Чепмена-Жуге: 7, 8 –детонации;9, A – дефлаграции33A200035001800300016002500T,KD,м/сСодержание сажи (рис. 15) в продуктах сгорания в заметныхконцентрациях начинает проявляться при дефлаграции при M K / M Air  0.2 исоставляет около 2 % по массе, при M K / M Air  0.3 сажа присутствует и придетонации и при дефлаграции.Расчеты по “неравновесной” модели (интегрировалась системадифференциально-алгебраических уравнений (14)-(21)) проводились дляслучаев, когда реакции 1-3 считались необратимыми и, когда все реакциисчитались обратимыми.

Характеристики

Список файлов диссертации