Калинина А.П.   Замураев В.П.  

Исследование влияния подвода энергии и массы на процесс формирования околозвуковой области в сверхзвуковом потоке в канале переменного сечения

Докладчик: Калинина А.П.

Исследование влияния подвода энергии и массы на процесс формирования околозвуковой области в сверхзвуковом потоке в канале переменного сечения
Замураев В.П., Калинина А.П.
Использование в реактивных двигателях традиционных схем сжигания топлива ограничивает достижение высоких удельных характеристик при разумных габаритных размерах. Поиск новых способов организации горения топлив и новых силовых устройств является перспективной задачей. При этом использование струй для управления газодинамическим потоком находит широкое применение. В [1] впервые предложен способ управления с помощью струи и одновременно энерговыделения и объяснен физический механизм данного управления, который в [2]  частично исследован численно для плоского канала. Ключевым моментом является создание устойчивой околозвуковой области в канале.
В данной работе рассмотрено сверхзвуковое течение в осесимметричном канале переменного сечения с размерами, соответствующими экспериментальной установке. В первой секции постоянного сечения число Маха равно M = 2. В этой секции осуществляется пристеночный импульсно-периодический подвод энергии, и в секцию инжектируется кольцевая струя. Инжекция воздуха производилась из газогенератора с чередованием давлений p >= 2 атм и p = 1 атм. Водород подается с коэффициентом избытка воздуха, равным 10.
Численное моделирование проведено поэтапно. На основе SST – модели турбулентности изучено влияние одной струи на ударно-волновую структуру течения и размер отрывной зоны, образующейся вблизи области втекания струи. В рамках простой кинетической модели рассмотрено влияние давления в газогенераторе на воспламенение водорода, которое происходит вследствие изменения структуры течения вблизи инжектируемой струи. В результате втекания струи и пристеночного горения водорода повышается давление вблизи стенки канала, что создает эффект дросселя. Это приводит к торможению потока и снижению чисел Маха. Интенсивность энерговыделения при горении в значительной степени зависит от ударно-волновой структуры и отрывной зоны перед струей, которые, в свою очередь, зависят от давления в газогенераторе. На основе полученных данных о тепловыделении при слабой и сильной струе получено решение нестационарных уравнений Эйлера с импульсно-периодическим энергоподводом и изучено влияние параметров газодинамических импульсов на процесс формирования околозвуковой области в секции постоянного сечения. Работа выполнена в рамках проекта СО РАН III.22.6.2  и при финансовой поддержке РФФИ (грант No. 17-08-00183).
1. Третьяков П. К., Забайкин В. А., Прохоров А. Н. Высокоскоростной ПВРД с пульсирующим режимом запуска. XI Всероссийский съезд по фундаментальным проблемам теор. и прикл. мех. Казань: Изд.-во Казанского ун-та. 2015. С. 3778–3780.
2. Zamuraev V. and Kalinina A. About the possibility of creating a stable transonic region in supersonic flow in the channel // Journal of Physics: Conference Series 722 (2016) 012015 doi:10.1088/1742-6596/722/1/012015


К списку докладов