Исследование системы охлаждения цилиндрических каналов продуктами газификации твердых углеводородных горючих

Представлена модель для описания сопряженной задачи теплообмена в цилиндрическом канале — камере сгорания (КС) — со стенками, охлаждаемыми продуктами газификации твердых углеводородных горючих (УВГ), являющихся топливом для КС. Рассмотрены эффекты, связанные с фазовыми и химическими превращениями внутри каналов системы регенеративного охлаждения с учетом неравновесности течения рабочего тела в проточном тракте КС. Определены основные конструктивные параметры, а также режимы работы КС, при которых допустимое температурное состояние стенок может быть обеспечено их охлаждением продуктами газификации УВГ. Отмечено, что допустимые размеры КС зависят как от коэффициента избытка воздуха, так и от расходонапряженности продуктов сгорания в проточном тракте. Разработаны основные требования к твердым УВГ и продуктам их газификации. На основе сравнения различных УВГ выработаны рекомендации по их применению для высокоскоростных прямоточных воздушно-реактивных двигателей (ПВРД). Полученные данные будут полезны при проектировании КС высокоскоростных ПВРД, перспективных энергетических и технологических установок, в которых твердые УВГ используют в качестве топлива.

Литература

[1] Кондратюк Е.Л. Исследования, проводимые в США в области создания гиперзвуковых летательных аппаратов. Двигатель, 2013, № 1, c. 8–11.

[2] Жуков Б.П. Энергетические конденсированные системы. Москва, Янус, 2000. 596 с.

[3] Суриков Е.В., Бабкин В.И., Шаров М.С., Яновский Л.С., Ширин А.П. Прямоточный воздушно-реактивный двигатель на твердом горючем и способ функционирования двигателя. Пат. 2565131 РФ. 2015, бюл. № 29, 8 с.

[4] Сорокин В.А., Яновский Л.С., Козлов В.А. Ракетно-прямоточные двигатели на твердых и пастообразных топливах. Основы проектирования и экспериментальной отработки. Москва, Физматлит, 2010. 320 с.

[5] Шигабиев Т.Н., Яновский Л.С., Галимов Ф.М., Иванов В.Ф. Эндотермические топлива и рабочие тела силовых и энергетических установок. Казань, Изд-во Казанского государственного технологического университета, 1996. 264 с.

[6] Синдицкий В.П., Егоршев В.Ю., Березин М.В., Серушкин В.В. Механизм горения октогена в широком интервале давлений. Физика горения и взрыва, 2009, № 4, с. 128–146.

[7] Arefyev K.Yu., Fedotova K.V., Yanovskiy L.S. The Analysis of Combustion Chambers Cooling Conditions by Means of Polymeric Compound Gasification Products. XXXI International Conference on Interaction of Intense Energy Fluxes with Matter, March 1–6 2016, Elbrus, Russia, 215 p.

[8] Вареных Н.М., Шабунин А.И., Сарабьев В.И., Хрисантов М.В., Шибанов С.В., Калинин С.В. Основные направления разработки твердых пиротехнических топлив для воздушно-реактивных двигателей с повышенными энергобаллистическими характеристиками. Боеприпасы и спецхимия, 2013, № 1, с. 44–50

[9] Бакулин В.Н., Дубовкин Н.Ф., Котова В.Н., Сорокин В.А., Францевич В.П., Яновский Л.С. Энергоемкие горючие для авиационных и ракетных двигателей, Москва, Физматлит, 2009. 320 с.

[10] Александров В.Ю., Арефьев К.Ю., Воронецкий А.В. Исследование эффективности регенеративной системы охлаждения сверхзвуковых прямоточных воздушно-реактивных двигателей на углеводородном горючем. Тепловые процессы в технике, 2014, т. 6, № 11, с. 489–495.

[11] Аннушкин Ю.М. Основные закономерности выгорания турбулентных струй водорода в воздушных каналах. ФГВ, 1981, № 4, с. 59–71.

[12] Трусов Б.Г. Программная система TERRA для моделирования фазовых и химических равновесий при высоких температурах. Горение и плазмохимия. Матер. III Междунар. симп., Алматы, Изд-во Казахского национального ун-та, 2005, с. 52–57.

[13] Аверьков И.С., Александров В.Ю., Арефьев К.Ю., Воронецкий А.В., Гуськов О.В., Прохоров А.Н., Яновский Л.С. Влияние полноты сгорания топлива на характеристики прямоточных воздушно-реактивных двигателей. Теплофизика высоких температур, 2016, № 6, с. 939–949.

[14] Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.П. Теория ракетных двигателей. Москва, Машиностроение, 1980. 547 с.

[15] Авдуевский В.С., ред. Основы теплопередачи в авиационной и ракетно-космической технике. Москва, Наука, 1992. 528 с.

[16] Ягодников Д.А., ред. Жидкостные ракетные двигатели. Основы проектирования. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016. 461 с.

[17] Гуськов О.В., Копченов В.И., Липатов И.И., Острась В.Н., Старухин В.П. Процессы торможения сверхзвуковых течений в каналах. Москва, Физматлит, 2008. 168 с.

[18] Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. Москва, Энергия, 1977. 344 с.

[19] Токталиев П.Д., Мартыненко С.И. Математическая модель системы охлаждения камер сгорания авиационных прямоточных двигателей на эндотермических топливах. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2015, т. 58, № 1, с. 85–98.

[20] Шигабиев Т.Н., Яновский Л.С., Галимов Ф.М., Иванов В.Ф. Физический и химический хладоресурс углеводородных топлив. Казань, Мастер Лайн, 2000. 240 c.

[21] Сполдинг Д.Б. Основы теории горения. Москва, Государственное энергетическое издательство, 1959. 320 с.