Анализ влияния геометрии переходного канала и спрямляющих устройств на процесс горения водорода

Разработка и исследование высокоскоростных летательных аппаратов и их отдельных частей является актуальной научной задачей. В научной литературе имеются сведения об интегральных характеристиках подобных летательных аппаратов, но отсутствует подробное рассмотрение такой важной части, как переходной канал между воздухозаборным устройством и камерой сгорания. Рассмотрены несколько конфигураций проточных трактов. Приведены результаты численного моделирования горения водорода в каналах переменного сечения с использованием детального кинетического механизма. На основе анализа полученных данных выбраны модели переходного канала и камеры сгорания, показавшие лучшие характеристики. В качестве критериев сравнения проточных трактов использованы импульс и коэффициент полноты сгорания топлива. Описано различие в применении двух расчетных методов. Представленные результаты и методы расчета могут быть использованы на этапе расчетных исследований рабочего процесса в перспективных энергосиловых установках.

Литература

[1] Aleksandrov V.Y., Kukshinov N.V., Prokhorov A.N., et al. Analysis of the integral characteristics of hexafly-int facility module. Proc. 21th Int. Space Planes and Hypersonic Syst. and Technol. Conf., 2017, doi: https://doi.org/10.2514/6.2017-2179

[2] Langener T., Steelant J., Roncioni P., et al. Preliminary performance analysis of the LAPCAT-MR2 by means of nose-to-tail computations. 18th AIAA/3AF Int. Space Planes and Hypersonic Syst. and Technol. Conf., 2012, doi: https://doi.org/10.2514/6.2012-5872

[3] Steelant J., Varvill R., Defoort S., et al. Achievements obtained for sustained hypersonic flight within the LAPCAT-II project. Proc. 20th AIAA Int. Space Planes and Hypersonic Syst. and Technol. Conf., 2015, doi: https://doi.org/10.2514/6.2015-3677

[4] Taguchi H. Performance evaluation of hypersonic pre-cooled turbojet engine. Proc. 20th Int. Space Planes and Hypersonic Syst. and Technol. Conf., 2015, doi: https://doi.org/10.2514/6.2015-3593

[5] Gnani F., Zare-Behtash H., White C., et al. Numerical investigation on three-dimensional shock train structures in rectangular isolators. Eur. J. Mech. B/Fluids., 2018, vol. 72, pp. 586–593, doi: https://doi.org/10.1016/j.euromechflu.2018.07.018

[6] Voevodenko N.V., Gubanov A.A., Gusev D.Yu., et al. Boundary layer state influence on start of the inward-turning intake. Proc. 30th ICAS. URL: https://www.icas.org/ICAS_ARCHIVE/ICAS2016/data/papers/2016_0383_paper.pdf

[7] Гутов Б.И., Звегинцев В.И., Мельников А.Ю. Влияние теплоподвода в камере сгорания на течение в диффузоре сверхзвукового воздухозаборника. Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника, 2017, № 50, с. 15–25, doi: https://doi.org/10.15593/2224-9982/2017.50.02

[8] Molchanov A.M., Yanyshev D.S., Bykov L.V. Influence of channel geometrical propreties and turbulence on propellant ignition in hypersonic ramjet combustion chamber. Journal of Physics: Conference Series, 2017, vol. 891. doi: https://doi.org/10.1088/1742-6596/891/1/012107

[9] Гуськов О.В., Копченов В.И., Липатов И.И. и др. Процессы торможения сверхзвуковых течений в каналах. Москва, Физматлит, 2008. 168 с.

[10] Menter F.R., Langtry R.B., Likki S.R., et al. A correlation-based transition model using local variables. Part I. Model formulation. J. Turbomach., 2006, vol. 128, no. 3, pp. 413–422, doi: https://doi.org/10.1115/1.2184352

[11] Magnussen B.F. On the structure of turbulence and a generalized eddy dissipation concept for chemical reaction in turbulent flow. 19th AIAA Meeting, 1981, doi: https://doi.org/10.2514/6.1981-42

[12] Dimitrov V.I. The maximum kinetic mechanism and rate constants in H2-O2 system. React. Kinet. Catal. Lett., 1977, vol. 7, no. 1, pp. 81–86, doi: https://doi.org/10.1007/BF02068557

[13] Toro E.F. Riemann solvers and numerical methods for fluid dynamics: a practical introduction. Springer-Verlag, 1999. 686 p.

[14] Аверьков И.С., Александров В.Ю., Арефьев К.Ю. и др. Влияние полноты сгорания топлива на характеристики прямоточных воздушно-реактивных двигателей. ТВТ, 2016, № 6, с. 939–949, doi: https://doi.org/10.7868/S0040364416050045

[15] Арефьев К.Ю., Кукшинов Н.В., Серпинский О.С. Методика экспериментального определения полноты сгорания потоков топливной смеси в каналах переменного сечения. Известия РАН. Механика жидкости и газа, 2017, № 5, с. 90–102, doi: https://doi.org/10.7868/S0568528117050103