Параметрическое исследование взаимодействия частиц конденсированной фазы с высокоэнтальпийным потоком воздуха в прямоточной камере сгорания

3 / 18

Параметрическое исследование взаимодействия частиц конденсированной фазы…
Инженерный журнал: наука и инновации # 8·2017 3
большинство известных коммерческих CAE-пакетов не позволяют
проводить моделирование процессов с участием реагирующих кон-
денсированных частиц МПЭК. Основная сложность состоит в том,
что в программный пакет необходимо вводить дополнительные мо-
дули, описывающие горение конденсированных частиц горючего
произвольного химического и дисперсного состава.
Учитывая вышесказанное, в статье сделана попытка создать
и апробировать такой модуль для программного пакета ANSYS Flu-
ent. С использованием разработанного модуля проведено параметри-
ческое численное исследование рабочего процесса в осесимметрич-
ной прямоточной КС. Выполненное моделирование направлено на
выявление закономерностей, описывающих влияние соотношения
компонентов, условий двухфазного смесеобразования и констант
в законе горения частиц МПЭК (в высокоэнтальпийном воздушном
потоке) на эффективность рабочего процесса. В результате сравнения
результатов проведенного параметрического исследования с данны-
ми экспериментов появляется возможность решить конкретную
практическую проблему: подобрать значения эмпирических констант
в законе горения частиц МПЭК.
Математическая модель и расчетная область. Используемая для
решения задач горения частиц конденсированной фазы в высокоэнталь-
пийном воздушном потоке математическая модель основана на комби-
нированном методе Лагранжа — Эйлера. Рассмотрен вариант, когда га-
зовая фаза представляет собой смесь воздуха и продуктов сгорания,
а горючее содержится только в частицах МПЭК. Химическое взаимо-
действие принято необратимым и протекает по схеме «воздух + горю-
чее → продукты сгорания».
Учитывая то, что выбранный для расчетного параметрического
исследования проточный тракт КС имеет осесимметричную конфи-
гурацию, при моделировании характеристик газовой фазы использо-
вана система уравнений неразрывности, сохранения импульса и энер-
гии, записанная в цилиндрических координатах:
( ) ( ) ;        
  
A R B X F S
t x r r
пс
;
 
   
    
 
 
   
w
v
e
Y
2
пс
;
( )
  
 
   
   
 
  
 
 
w
p w
A wv
e p w
Y w
2
пс
;
( )
  
  

    
 
  
 
 
v
wv
B p v
e p v
Y v пс
0
;
 
 

 
  
  
   
 
  
  
  
xx
xr
xx xr x
R
w v q
YD
x