Диссертация (786512)
Текст из файла
МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ(национальный исследовательский университет)На правах рукописиМоскаленко Ольга АлександровнаЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДЕТОНАЦИИГАЗОКАПЕЛЬНЫХ СМЕСЕЙ В КАНАЛАХСпециальность 01.02.05 – Механика жидкости, газа и плазмыДиссертация на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукНаучный руководительк.ф.-м.н., доцент.В.Ю. ГидасповМосква – 20162СОДЕРЖАНИЕВВЕДЕНИЕ .....................................................................................................................................................................3ГЛАВА 1.
КЛАССИЧЕСКИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ И ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ..................8ГЛАВА 2. ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ И ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ . 152.1 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ................................................................................ 152.2 МОДЕЛЬ ТЕРМОДИНАМИКИ И ХИМИЧЕСКОЙ КИНЕТИКИ ....................................... 232.3 МОДЕЛЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ И ТЕПЛОМАССООБМЕНА ИСПАРЯЮЩЕЙСЯ ЧАСТИЦЫ ИКОЭФФИЦИЕНТОВ МОЛЕКУЛЯРНОГО ПЕРЕНОСА ......................................................... 262.4 ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ АЛГОРИТМЫ ..................................... 32ГЛАВА 3.
ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СТАЦИОНАРНЫХДЕТОНАЦИОННЫХ ВОЛН В ГАЗОВЫХ И ГАЗОКАПЕЛЬНЫХ РЕАГИРУЮЩИХСМЕСЯХ........................................................................................................................................................................ 393.1 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КАПЕЛЬ ВОДЫ НА ПАРАМЕТРЫДЕТОНАЦИОННЫХ ВОЛН В ГОРЮЧИХ ГАЗОВЫХ СМЕСЯХ ............................................ 393.1.1 Смесь водорода с кислородом ...................................................................... 393.1.2 Смесь водорода с воздухом .......................................................................... 463.1.3 Смесь метана с воздухом ..............................................................................
613.2 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ МЕТАНОЛО-ВОЗДУШНОЙ ГАЗОКАПЕЛЬНОЙГОРЮЧЕЙ СМЕСИ ....................................................................................................... 723.3 ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 3.............................................................................................. 83ГЛАВА 4. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СТАЦИОНАРНЫХ ВОЛН ГОРЕНИЯИ ДЕТОНАЦИИ В КЕРОСИНО-ВОЗДУШНОЙ ГОРЮЧЕЙ СМЕСИ................................. 844.1.
ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА УГЛЕВОДОРОДНЫХ ТОПЛИВ (МЕТОДИКАВОССТАНОВЛЕНИЯ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ) ............................................... 854.2. ХИМИЧЕСКИЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ В ГАЗОВОЙ ФАЗЕ ................................................. 1004.3 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СТАЦИОНАРНЫХ ВОЛН ДЕТОНАЦИИ ИДЕФЛАГРАЦИИ В ГАЗОКАПЕЛЬНОЙ КЕРОСИНО-ВОЗДУШНОЙ СМЕСИ ......................... 1024.4. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДЕТОНАЦИИ КЕРОСИНА В ВОЗДУХЕ В МОДЕЛЬНОЙУДАРНОЙ ТРУБЕ ....................................................................................................... 1094.5 ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 4............................................................................................
112ЗАКЛЮЧЕНИЕ ...................................................................................................................................................... 115СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ......................................................................................... 1173ВведениеАктуальность темыСистематическое экспериментальное и теоретическое изучение детонацииначалось в конце 19 века.Спятидесятых годов 20 века активно развивается теориямногомерной детонации газовых, газокапельных и газодисперсных смесей.Большой научный и практический интерес к изучению высокоскоростногогоренияидетонациинеобходимостьюгазокапельныхсозданиясистемгорючихсмесейвзрывобезопасности,связан,какнаправленныхснаподавление детонации (при взрывах на угольных шахтах, в промышленности приобразовании реагирующих пылей, в двигателях внутреннего сгорания, наатомныхстанциях и др.), так и с желанием научиться управлять детонационнымгорением при создании перспективных технологических и энергетическихустановок (установки детонационно-газового напыления, объемные взрывы,прямоточные воздушно реактивные двигатели,перспективныедвигатели,использующие энергию нестационарных и стационарных детонационных волн).В настоящее время в России и за рубежом проводятся интенсивныеэкспериментальные и расчетно-теоретические исследования высокоскоростногогорения и детонации газовых, газокапельных и газодисперсных смесей.Результаты подобных работ представлены в авторитетных журналах, на большомчисле международных симпозиумов, конференций и семинаров, отражены в рядемонографий.
В связи с бурным развитием в последние 30 лет вычислительнойтехники,численноеэкспериментальныммоделирование,исследованиям,каксталоальтернативанеобходимымидополнениеэтапомкнаучныхисследований и конструкторских разработок. Причем, в тех случаях, когдаиспользуютсявычислительныехорошоапробированныеалгоритмы,дополнительнаяматематическиемоделииинформация,получаемаяс4помощьючисленногомоделирования,неуступаетпонадежностиэкспериментальным данным и превосходит последние по своей полноте.Необходимо отметить, что задача моделирования высокоскоростногогорения и детонации газокапельных смесей в полном объеме, до сих пор не можетбыть решена с помощью широко используемых импортных и отечественныхуниверсальных пакетов прикладных программ.
Поэтому крайне важно созданиеотечественного научного задела, включающего многомасштабные физикоматематические модели, оригинальные вычислительные алгоритмы и комплексыпрограмм для моделирования детонации газокапельных смесей.Цельюдиссертационнойработыявляетсяразработкафизико-математической модели, вычислительных алгоритмов и комплекса программ длямоделирования волн детонации и дефлаграции в газокапельных смесях в каналах.Научная новизна1. Предложена уточненная универсальная физико-математическая модель,описывающая высокоскоростные течения многокомпонентного газа и капельжидкости,дляслучаяравновесныхинеравновесных,описываемыхмногостадийными кинетическими механизмами, химических превращений вгазовой фазе, в которых участвуют, как вещества, входящие в состав газа, так ипродукты испарения капель.2.Предложенэффективныйвычислительныйалгоритмсовместногорешения одномерных уравнений физической газовой динамики, сопротивления итепломассообмена капель жидкости с многокомпонентным газом, при наличиигазофазныххимическихпревращений,описываемыхмногостадийнымикинетическими механизмами.3.
Решена задача о стационарной детонационной волне и стационарнойволне дефлаграции в канале в многокомпонентной газовой среде, химическиепревращениявкоторойописываютсямногостадийнымикинетическимимеханизмами, а капли могут испаряться. Рассчитаны равновесные адиабаты и5структура волн детонации в горючих газовых смесях (водород-кислород-аргон,водород-воздух,метан-воздух)сдобавлениемкапельводыигорючихгазокапельных смесях метанола и керосина с воздухом.4. Получены коэффициенты, входящие в аппроксимационные формулытемпературной части потенциала Гиббса для жидкого и газообразного состоянияуглеводородных горючих сложного состава (бензина, керосина и дизельноготоплива), моделируемого в рамках модели однокомпонентной жидкости.5.
Расчетным путем получена нестационарная картина инициированиядетонации в газокапельной керосино-воздушной смеси падающей ударнойволной.Практическая ценность работы состоит в том, что разработанныевычислительные алгоритмы и комплекс программ могут использоваться дляэкспресс-анализа реагирующих многофазных течений в энергетических итехнологических установках (в которых реализуются высокоскоростные течения,в том числе с детонацией или дефлаграцией), а также в качестве элемента всоставе комплексов программ многомерного моделирования. Предложенные вдиссертации методики математического моделирования позволяют рассчитыватьдля газовых и газокапельных топлив произвольного состава скорости волндетонации и дефлаграции, а также состав продуктов сгорания, температурудавление и др., в том числе и в режиме Чепмена-Жуге; при наличиикинетическогомеханизма,определятьзадержкувоспламенения,тонкуюструктуру волн, вплоть до выхода системы на равновесное состояние.Достоверностьиобоснованностьрезультатов,представленныхвдиссертационной работе, обеспечивается строгостью математических постановок,разработкой адекватных физико-математических моделей, устойчивостью исходимостью используемых численных методов, тестированием вычислительныхалгоритмов, а также сравнением результатов численного моделирования срезультатами экспериментальных и расчетно-теоретических исследований другихавторов.6Соответствие диссертации паспорту научной специальностиВдиссертациипроведеноисследованиедетонационныхволнвгазокапельных средах, разработаны вычислительные алгоритмы и программымоделирования многофазных реагирующих сред (области исследования 6, 8специальности 01.02.05).Структура диссертацииРабота состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературыиз 232 наименований.В гл.
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.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
