Трушляков В.И. и др. Монография (818589), страница 17
Текст из файла (страница 17)
На основании сформулированных положений и проведенных исследований вытекжот следующие ограничения при реализации газификации остатков НДМГ (30!. 1. Гарантированное обеспечение фиксированного расположения остатков го- рючего. 2. Подача окислителя на поверхность горючего, при зтом схема подачи, расход окислителя будут в первую очередь зависеть от характера размещения остатков и предельно допустимых технологических параметров процесса обезврежи- ванна.
3. Проведение процесса обезвреживания с организацией отдельных физико- химических процессов н конструктивных параметров системы, обеспечивающих процесс при минимальной температуре стенок ОЧ (не более 300 'С)„минимальном давлении (не более 0,1 МПа), за минимальное время (6 — 20 минут) с минимальной токсичностью продуктов обезвреживания. 4. Для минимизации тепловых нагрузок на конструкцию ОЧ процесс обез- вреживания следует осуществлять в режиме ламинарного горения при минимально допустимых (с точки зрения токсичности) получаемых продуктов обез- вреживания и температурах. 5.
Время, необходимое для обезвреживания НДМГ, определяется траекторией полета ОЧ и будет существенным образом зависеть от начального распределения в баке компонентов топлива, а также от того, как осуществляется начальный кон- такт окислителя с горючим. 6. Предельно допустимая температура и давление в процессе газификации определяются прочностнымн свойствами ОЧ с точки зрения ее неразрушения, 87 Токсичность продуктов обезвреживания будет зависеть от технологических параметров процесса обезвреживания (температуры и давления). Оптимальная организация процесса, расчет рабочих параметров и оптимизация конструктивных параметров бортовой системы обезвреживания остатков горючего требуют создания математической модели процесса термохимического обезвреживания, которая предполагает математическое описание всех физию- химических процессов, происходящих в системе, в их взаимосвязи.
Организация процесса обезвреживания в баке ракеты представляет собой фактически организацию работы химического реактора со значительными ограничениями по температурному режиму и давлению внутри реактора, который, будучи сложным объектом, имеет многоступенчатую структуру, и его математическая модель должна строиться последовательно на основе построения моделей составных частей. Исследование сложного процесса по частям дает возможность переходить к модели более высокого уровня, включая в нее составную часть модели более низкого уровня.
Последовательное построение математической модели от низшего уровня к высшему, на основе принципа инвариантности, предлагает процедуру математн- ческого укрупнения. Проведенный анализ химических и физических процессов показывает, что структура математической модели процессов функционирования системы обезвреживания будет зависеть от характерных времен процессов, происходящих в ней.
Создав математические модели всех уровней, можно построить математическую модель всей системы и соответственно провести необходимый объем исследований. Существующий опыт построения математических моделей химических реакторов ~13) подтвердил плодотворность принципа математического моделиро- вания путем декомпозиции сложных систем в пространстве и во времени и выделении пространственно-временных структурных уровней. Для проведения моделирования динамических процессов необходим анализ времен релаксаций отдельных стадий. Это позволяет разделить их на быстрые, умеренные, медленные и различить независимые и сопрвкенные стадии.
На рис. 3.2. представлены времена релаксации отдельных процессов в баке ракеты. Как следует из рисунка, частые процессы сильно различаются по масштабам времени на несколыю порядков. Зто означает, что быстрые и медленные процессы протекают независимо, и нет необходимости в динамических моделях рас- 88 сматривать их все единовременно. Исходя из целей исследования, предполагается выбрать масштаб времени, мпорый и определяет круг процессов, учитываемых в динамических моделях. Так, например, перестройка температурною поля в конструкции ракеты на два порядка ннерционнее формирования гидродинамических„ концентрационных и температурных полей в газовой фазе в внутрибаковых процессах термохимического обезвреживания. Это означает, что динамическая модель фактических процессов, происходящих в баке ракеты, может быть разделена.
При медленных изменениях температурных полей в конструкции ракеты концентрационные и температурные поля в газовой фазе будут квазистацнонарны для каждого момента времени, если рассматрнвщь масштаб времени, в течение которого осуществляется процесс обезвреживания остатков КРТ (600 с). Исходя из вышеизложенного, схема построения математической модели процессов обезвреживания может быть декомпозирована и представлена в виде схемы, приведенной на рнс. 3.3. Первый уровень математической модели требует исследования и создания физической и математической модели поведения остатков компонентов топлива на пассивном участке траектории, так как иа этом уровне принимается решение о выборе схемы обезвреживания, а также определяет распределение остатков топлива в начальный момент. Второй уровень математической модели определяет способ подачи окислителя в бак горючего, от которого зависит процесс диффузии н взаимодействия окислителя с горючим, характер отдельных стадий химических превршцений, а в конечном счете и скорость химических превращений.
Третий уровень позволяет описать процессы тепло- и массообмена внутри бака в процессе обезвреживания. Результатом этого уровня является определение величины тепловой нагрузки на конструкцию ракеты, а также глубины процесса обезвреживания и возможных режимов функционирования системы обезвреживания в целом и выработка рекомендаций на проектирование и конструирование. Четвертый уровень математической модели позволяет рассчитать температурный режим конструкции бака ракеты прн работе системы обезвреживания. 89 Теяаявхюежмваяежяа нюежмевеям 'жмин НГвзФ ~юйнй6ВВавааав Пмяюамяввзаяввм «им~жзяваваиагмеч еазвымаияяававя авв пявая мваа а й ~юпйвяаагт 1Ег 1У иване 1О' В' В' Кв 16 1О' Рис.
3.3. Схема построения математической модели процессов в бортовой термохимической системе обезвреживания компонентов топлива 90 Рис. 3.2. Характерные времена процессов, происходящих в баке при термохимическом обезвреживании токсичных компонентов ракетного топлива: 1 — обеспечение гарантированного распределения остатков КРТ; 2 — химические реакции; 3 — изменение активности катализатора; 4 — гндродннамика патока; 5 — теплообмен между газом и твердой поверхностью; 6 — массообмен между газом и поверхностью; 7 — концентрационные и температурные пола в газовой фазе; 8 — температурное поле в конструкции бака 3.2. Математическое описание внутрибаковых процессов тепло-и маесообмена Математическое описание внутрибаковых тепло- и массообменных процессов является следующим (после описания химических превращений) структурным элементом общей иерархической математической модели процесса термохимического обезвреживания, так как зти процессы определяют тепловую нагрузку на конструкцию бака, скорость диффузии окислителя к горючему и скорость обез- вреживания.
Процесс тепло- и массообмена внутри бака можно рассматривать как самостоятельный и квазистационарный относительно процесса нагрева обезвреживаемой конструкции (время установления тепло- и массообменных процессов на два порядка меньше времени нагрева конструкции). Горение является сложным химическим превращением, сопровождающимся интенсивным тепло- и массообменом, и его большая часть происходит в газовой фазе. При этом реализуются различные вилы пламени и соответственно различные типы механизмов, определяющих процессы тепло- и массообмена. В тех случаях, когда реагенты, вступающие в химическую реакцию, хорошо перемешаны, так как имеется достаточно времени, чтобы перемешивание или диффузия выровняли локальные неоднородности распределения реагирующих компонентов н температуры, то определяющую роль в формировании процесса горения имеет химическая реакция.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
