Автореферат (786510), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Рассчитанные параметры детонации Чепмена-Жуге(удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными) по”равновесной” и ”неравновесной” с обратимыми реакциями моделям (рис. 16),они также близки при соотношении горючее-окислитель < 0.3(стехиометрическое соотношение ~ 0.07).1400200012001500100010008000.020.05 0.1 0.2m k / m Air5000.5(а)0.020.05 0.1 0.2m k / m Air0.5(б)Рис. 16. Зависимость параметров детонации керосино-воздушной горючей смеси в состоянииЧепмена-Жуге от m k /m air при разных начальных диаметрах ( d s0 =10; 50 мкм): (a)- скоростьДВ; (б)- температура за ДВ. Модели: cплошная линия – “идеальная”; □ – “равновесная”; + –“неравновесная обратимая”; ◊ - “неравновесная необратимая”“Неравновесная” модель с необратимыми реакциями дает завышенныезначения температуры (рис.
16, 17), при этом равновесные температуры,19достигаемые в ДВ, зависят от начального диаметра капель (кривые 3, 6 рис. 17).Задержки воспламенения, рассчитанные по всем моделям, в рассмотренныхвариантах, близки.3200Рис. 17. Распределение температуры в ДВ(m k /m air =0.1).Модели:1,2“равновесная”; 3, 4 - “неравновеснаяобратимая”; 5, 6 - “неравновеснаянеобратимая”; 1, 3, 5 – начальный диаметркапель d s0 =10 мкм; 2, 4, 6 - d s0 =50 мкм65T,K28002400314220001e-0061e-005t лаб , с0.0001В разделе 4.4 приведены результаты численного моделированияодномерного нестационарного течения газокапельной смеси керосина своздухом.
Численное моделирование проводилось с использованием сеточнохарактеристического метода (компьютерный код разработан в МАИ В.Ю.Гидасповым). В качестве расчетных узлов задавались: траектории газа ичастиц; траектория ударной волны; контактного разрыва; характеристики,образующие веер волн разрежения; граничные траектории частиц и границырасчетной области. При этом ударные волны, контактные разрывы и граничныетраектории частиц моделировались двумя подвижными узлами расчетнойсетки, координата и скорость движения которых были равны, а перепадыпараметров удовлетворяли условиям динамической совместности.
Числорасчетных узлов выбиралось из условия сходимости результатов и составляло,в зависимости от начальных данных, от 5 до 10 тысяч.Исследовалось течение в ударной трубе (рис. 18), заполненной воздухом,возникающее после распада разрыва на границе камер высокого (X < 1 м) инизкого давления. Капли керосина размещались при 2<X<9 м. После распадаразрыва образовывалась ударная волна, которая инициировала испарениекапель керосина и воспламенение горючей смеси.0.0051230.00450.0040.00350.003t, с0.00250.0020.00150.0010.00050012345X, м678910Рис. 18.
Временная разверткатечения в ударной трубе (крупныйпунктир–характеристики,образующие веер волн разрежения;пунктир – контактный разрыв;штрих-пунктир – границы областираспространения капель керосина;сплошная линия – траекторияголовной ударной волны приразличных значениях m k /m air (1 –0.06, 2 – 0.08, 3 – 0.1)20Временная развертка течения (рис. 18) приведена схематично иобъединяет на одном рисунке три варианта расчета течений при различныхзначениях отношения массы капель к массе воздуха. Во всех трех расчетахтраектории характеристик, образующих веер волн разрежения, контактныйразрыв и граничная траектория частиц практически сливаются, существенноотличаются только траектории головной ударной волны (начиная с точкиизлома на графике).Скорость ударной волны (рис.
19) после входа в двухфазную область вначале несколько падает, затем капли испаряются, начинаютсяэкзотермические химические реакции (температура за ударной волной послераспада разрыва составляет около 1000 К (рис. 20), что превышает температурусамовоспламенениягорючейсмеси),образуетсяволнагорения,сопровождающаяся ростом давления, которая распространяется вслед заударной волной. В момент времени около 1.4 мс образовавшаяся передфронтом горения ударная волна догоняет головную ударную волну (рис.
19),что приводит к резкому увеличению ее скорости и к образованиюдетонационной волны. К моменту времени около 3 мс детонационная волнавыходит на режим распространения, близкий к стационарному.3500220021003000200032500190022000117001600150015001000140050013001200T, КD, м/с1800000.0005 0.001 0.0015 0.002 0.0025 0.003 0.0035 0.004 0.0045 0.00512.42.52.62.722.82.9333.143.23.3X, мt, сРис. 19. Зависимость скорости ударной Рис.
20. Распределение температуры вволны от времени при различных различные моменты времени (1 – 1.41 мс, 2 –значениях m k /m air (1 – 0.06, 2 – 0.08, 3 – 1.53 мс, 3 –1.63 мс, 4 –1.70 мс),m k /m air = 0.10.1). Диаметр капель керосина – 40 мкмНеобходимо отметить, что расчетным путем получена картина течения сдвумя очагами воспламенения, качественно совпадающая с наблюдаемой вэкспериментах. После ускорения головной ударной волны температура за нейсущественно выросла, что привело к воспламенению горючей смесинепосредственно за ударной волной (рис. 20, кривые 1-3). При дальнейшемраспространении детонационной волны очаги воспламенения слились,образовав непрерывную область “сгоревшего” газа (кривая 4).В заключении сформулированы основные результаты диссертационнойработы.21ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ1. Уточненная замкнутая физико-математическая модель (включающаяподмодели: термодинамики, химической кинетики и тепломассообмена)детонацииидефлаграциигазокапельнойсмеси,состоящейизмногокомпонентного газа и испаряющихся капель, в каналах.2.Вычислительныеалгоритмырешениядифференциальноалгебраической системы уравнений, включающей уравнения, описывающиезаконы сохранения массы, импульса, энергии, химических элементов и числачастиц, а также газофазную химическую кинетику, сопротивление итепломассообмен.3.
Вычислительный алгоритм и результаты расчета равновесных адиабат(детонационные и дефлаграционые) для смесей водород-кислород-вода,водород-воздух-вода, метан-воздух-вода, метанол-воздух, керосин-воздух.4. Результаты численного моделирования стационарной детонационнойволны в газокапельных смесях, состоящих из горючей смеси водорода и метанас воздухом и капель распыленной воды. Исследовано влияние массовой доли идиаметра капель на параметры волны детонации. Определены параметрыпересжатых детонационных волн и волн детонации Чепмена - Жуге.5.
Результаты численного моделирования стационарной детонационнойволны в газокапельной смеси, состоящей из капель метанола и воздуха. Данныепо влиянию массовой доли и диаметра капель на тонкую структурудетонационной волны. Определены параметры детонации Чепмена-Жуге.6.Методикавосстановлениятермодинамическихсвойствуглеводородныхгорючихсложногосостава(врамкахмоделиоднокомпонентной капли) для жидкой и газовой фазы. Полученысоответствующие коэффициенты, входящие в температурную частьпотенциалов Гиббса для бензина, керосина и дизельного топлива.7. Результаты численного моделирования стационарных волндефлаграции и детонации керосино-воздушных газокапельных горючих смесейпри различных значениях массовой доли горючего. Получены параметры волндетонации и дефлаграции в режимах Чепмена-Жуге.8.
Результаты численного моделирования детонации газокапельнойкеросино-воздушной горючей смеси в модельной ударной трубе при различныхсоотношениях горючее-окислитель. Расчетным путем получена временнаяразвертка процесса, включающая: взаимодействие падающей ударной волны скеросино-воздушной газокапельной горючей смесью; нагрев горючей смеси;испарение капель керосина с последующими экзотермическими газофазнымихимическими превращениями; образование волны сжатия; формирование ираспространение волны детонации; выход детонационной волны на режим,близкий к стационарному.22СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИСтатьи в журналах из перечня ВАК:1.
Гидаспов В.Ю, Москаленко О.А., Пирумов У.Г. Численноемоделирование стационарных детонационных волн в газовых и газокапельныхреагирующих смесях // Вестник МАИ, М., Изд-во МАИ-ПРИНТ, 2009. Т. 16.№ 2. С. 51-61.2. Гидаспов В.Ю, Москаленко О.А., Пирумов У.Г. Численноемоделирование стационарных волн горения и детонации в керосиновоздушной горючей смеси // Вестник МАИ, М., Изд-во МАИ, 2014. Т.21.
№ 1.С. 169-177.3. Гидаспов В.Ю., Москаленко О.А. Численное моделированиеинициирования детонации в керосино-воздушной газокапельной смесипадающей ударной волной // Электронный журнал “Труды МАИ”. 2016. № 90.Публикации в других изданиях:4. Гидаспов В.Ю., Кузнецова С.В., Москаленко О.А., Чугунков С.А.Комплекс программ для решения модельных задач физической газовойдинамики // Материалы XV Международной конференции по вычислительноймеханикеисовременнымприкладнымпрограммнымсистемам(ВМСППС’2007), Алушта, 25-31 мая 2007 г. – М.: ЗАО «Издательскоепредприятие «Вузовская книга», 2007.
С. 157-158.5. Гидаспов В.Ю., Москаленко О.А. Численное моделированиестационарных детонационных волн в газовых и газокапельных реагирующихсмесях // Материалы VII Международной конференции по неравновеснымпроцессам в соплах и струях (NPNJ’2008), 24-31 мая 2008 г., Алушта. – М.:Изд-во МАИ, 2008. С. 140-143.6. Гидаспов В.Ю., Москаленко О.А. Численное моделированиестационарных детонационных волн в керосино-воздушных смесях //Материалы IX Международной конференции по неравновесным процессам всоплах и струях (NPNJ’2012), 25-31 мая 2012 г., Алушта. – М.: Изд-во МАИ,2012.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
