3 / 12
Экспериментально-теоретическое исследование истечения продуктов сгорания…
Инженерный журнал: наука и инновации
# 10·2016 3
ния проведены путем численного интегрирования уравнений Навье —
Стокса, уравнения неразрывности и уравнения сохранения энергии в
трехмерной постановке для вязкого теплопроводного газа с помощью
программного комплекса Fluent. Для решения системы уравнений
использован метод RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes equations)
c осреднением уравнений по Фавру и их замыканием с помощью од-
нопараметрической модели турбулентности Спаларта — Аллмараса
[5] и уравнения состояния идеального газа.
Расчетная область состоит из объема ГГ, соплового блока без
расширяющейся части («очковое» сопло) и внешнего затопленного
пространства — окружающего воздуха при нормальных условиях:
р
н
= 0,1 МПа,
Т
н
= 293 K. Использованы смешанные расчетные сетки
(неструктурированная топология в области соплового блока и струк-
турированная — в области внешнего пространства и объема ГГ) с
общим количеством элементарных ячеек более 2,5 ∙ 10
6
.
Расчеты выполнены при давлении в ГГ
p
ГГ
= 1,2…2,6 МПа и тем-
пературе торможения продуктов газогенерации 2 277 K, что соответ-
ствует условиям проведения экспериментального исследования, ре-
зультаты которого рассмотрены далее. На основе предварительного
термодинамического расчета получено, что в равновесном случае
массовая доля к-фазы в продуктах газогенерации
z
= 0,62. Теплофи-
зические параметры продуктов газогенерации для модельной ЭКС
взяты из работы [6] и в зависимости от температуры представлены в
таблице.
Теплофизические параметры продуктов газогенерации
Температура
Т
, K
c
p
,
кДж/(кг
⋅
K)
R
,
кДж/(кг
⋅
K)
µ
∙ 10
4
,
Па
⋅
с
λ
,
Вт/(м
⋅
K)
1 000
2,20
0,67
0,27
0,21
1 500
2,46
1,54
0,33
0,48
2 300
2,58
0,95
0,47
0,55
П р и м е ч а н и е:
c
p
— удельная теплоемкость;
R
— газовая постоянная;
µ
— динамиче-
ская вязкость;
λ
— теплопроводность.
Для установившегося газодинамического течения расчет траек-
торий частиц к-фазы продуктов газогенерации проведен путем инте-
грирования дифференциального уравнения изменения скорости ча-
стиц аналогично рассмотренному в работе [7].
Диаметры частиц полидисперсной к-фазы заданы в диапазоне зна-
чений 1…200 мкм. Среднесчетный диаметр частиц
d
10
= 11,69 мкм,
среднеобъемный
d
30
= 112,2 мкм, среднеповерхностный
d
32
= 66,6 мкм [8].
Были получены распределения газодинамических параметров при
истечении из двухсоплового блока с одинаковыми диаметрами кри-
тических сечений
d
кр
= 8,5…5,5 мм. Пример линий тока, образую-