Методологические аспекты разработки математических моделей горения частиц металлов в воздухе

Инженерный журнал: наука и инновации

# 1·2017 1

УДК 536.244 DOI 10.18698/2308-6033-2017-01-1571

Методологические аспекты разработки

математических моделей горения частиц металлов

в воздухе

МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 105005, Россия

Предложен комбинированный расчетно-экспериментальный подход для уточнения

эмпирических констант в законе горения частиц порошкообразных металлических

горючих. Проведена апробация метода на примере моделирования распростране-

ния фронта пламени в установке постоянного объема. Рассмотрены конструкция

установки данного типа и методика проведения эксперимента. Приведено описа-

ние математической модели. Представлено сравнение расчетных и эксперимен-

тальных значений скорости распространения фронта пламени в газовзвесях алю-

миниевых порошкообразных металлических горючих. Показана возможность

применения рассматриваемого комбинированного расчетно-экспериментального

подхода для уточнения физико-математических моделей, используемых для описа-

ния воспламенения и горения двухфазных реагирующих газодинамических течений.

Ключевые слова:

математическое моделирование, экспериментальное исследова-

ние, горение частиц металла, фронт пламени, камера дожигания, закон горения

Введение.

Для совершенствования прямоточных воздушно-реак-

тивных двигателей (ПВРД) и ракетно-прямоточных двигателей

(РПД) требуется, во-первых, повысить энергетические характеристи-

ки используемых топлив и, во-вторых, эффективность рабочего про-

цесса в камерах сгорания двигателей. Для решения первой задачи

все шире используют высокометаллизированные твердые топлива

(ВМТТ). Решение второй задачи неразрывно связано с реализацией

высоких значений полноты сгорания ВМТТ [1].

В РПД имеет место двустадийный рабочий процесс: первая ста-

дия — первичное горение (газификация) ВМТТ в газогенераторе;

вторая стадия — горение внутри камеры сгорания в воздушной среде

поступающих из газогенератора газообразных и конденсированных

продуктов первичного процесса [2]. В целях исключения неточной

трактовки излагаемого материала для продуктов первичного горения

воспользуемся термином «продукты газификации» ВМТТ, понимая

при этом, что они включают в себя и конденсированные частицы.

Следует отметить, что в качестве перспективных рассматриваются

также и схемы ПВРД с прямой подачей псевдоожиженного порошко-

образного металлического горючего (ПМГ) в камеру сгорания [3, 4].

Конденсированные продукты газификации представляют собой

мелкодисперсные высокометаллизированные частицы. В зависимо-

сти от состава ВМТТ в частицах могут содержаться алюминий, маг-