Математическое моделирование гидродинамической неустойчивости течений в камерах сгорания жидкостных ракетных двигателей

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Рассмотрено явление гидродинамической неустойчивости течений в камерах сгорания жидкостных ракетных двигателей и его влияние на возникновение и развитие высокочастотных колебаний параметров рабочего процесса. На основании численного решения двух модельных задач показано, что гидродинамическая неустойчивость течения может непосредственно являться причиной возникновения высокочастотных колебаний в камере двигателя. Первая из указанных задач соответствует равномерному по сечению вдуву продуктов сгорания в камеру. В данной постановке, как и следовало ожидать, пульсаций не наблюдается, а параметры течения на установившемся режиме соответствуют условиям термодинамического равновесия, что может быть принято в качестве верификации предложенной математической модели. Вторая задача соответствует щелевому вдуву продуктов сгорания в камеру, имитирующему работу форсуночной головки с расположенными на ней концентрическими рядами смесительных элементов. Наличие щелевого вдува приводит к возникновению гидродинамической неустойчивости течения с образованием интенсивных вихревых зон в рабочем объеме камеры сгорания и дозвуковой части сопла. Указанный процесс сопровождается появлением высокочастотных колебаний величин параметров течения. Приведены результаты расчетов и выполнено тестирование полученного численного решения.

Об авторах

Д. М. Борисов

Акционерное общество Государственный научный центр Российской Федерации “Исследовательский центр имени М.В. Келдыша”

Автор, ответственный за переписку.
Email: borisovdm62@mail.ru
Россия, Москва

В. В. Миронов

Акционерное общество Государственный научный центр Российской Федерации “Исследовательский центр имени М.В. Келдыша”

Email: borisovdm62@mail.ru
Россия, Москва

А. М. Руденко

Акционерное общество Государственный научный центр Российской Федерации “Исследовательский центр имени М.В. Келдыша”

Email: borisovdm62@mail.ru
Россия, Москва

Ю. А. Шураев

Акционерное общество Государственный научный центр Российской Федерации “Исследовательский центр имени М.В. Келдыша”

Email: borisovdm62@mail.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Неустойчивость горения в ЖРД / под ред. Д. Харрье и Ф.Г. Рирдона. М., 1975.
  2. Лебединский Е.В., Калмыков Г.П., Мосолов С.В. и др., под ред. академика РАН Коротеева А.С. Рабочие процессы в жидкостном ракетном двигателе и их моделирование. М.: Машиностроение, 2008.
  3. Jianxiu Qin and Huiqiang Zhang. Numerical analysis of self-excited combustion instabilities in a small MMH/NTO liquid rocket engine. Hindawi, International Journal of Aerospace Engineering, Vol. 2020, Article ID 3493214, 17 pages, https://doi.org/10.1155/2020/3493214
  4. Urbano A., Selle L., Staffelbach G., Cuenot B., Schmitt T., Ducruix S., Candel S. Exploration of combustion instability triggering using Large Eddy Simulation of a multiple injector Liquid Rocket Engine. Combustion and Flame, Elsevier, 2016, 169, pp. 129–140. 10.1016/j.combustflame.2016.03.020. hal-01320509
  5. Борисов Д.М., Шураев Ю.А., Миронов В.В. Метод расчета сжимаемых вязких течений в каналах энергодвигательных установок со сложной геометрией проточного тракта // Изв. РАН. Энергетика, 2015. № 5. С. 152–158.
  6. Трусов Б.Г. Моделирование химических и фазовых равновесий при высоких температурах (Астра-4/рс). М.: Изд. МВТУ им. Э. Баумана, 1991.
  7. Борисов Д.М., Миронов В.В., Шураев Ю.А. Термохимическое моделирование неизоэнтропических процессов в камерах сгорания и соплах ракетных двигателей. // Изв. РАН. Энергетика, 2020. № 1. С. 21–39.
  8. Ковеня В.М., Яненко Н.Н. Метод расщепления в задачах газовой динамики. Издательство “Наука”. Сибирское отделение. Новосибирск, 1981 год.
  9. Марчук Г.И. Методы расщепления. Москва. “Наука”. Главная редакция физико-математической литературы, 1988 год.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2. Рис. 1. Линии криволинейной системы координат.

Скачать (125KB)
3. Рис. 2. Распределения величины статического давления вдоль оси камеры и сопла двигателя в различные моменты времени: 1 – t = 0.662; 2 – t = 2.297; 3 – t = 3.659.

Скачать (73KB)
4. Рис. 3. Зависимость величины статического давления в критическом сечении на оси сопла от времени.

Скачать (66KB)
5. Рис. 4. Линии тока установившегося течения.

Скачать (139KB)
6. Рис. 5. Продольное распределение величины статического давления на стенке сопла.

Скачать (74KB)
7. Рис. 6. Распределение величины статического давления вдоль оси сопла.

Скачать (98KB)
8. Рис. 7. Распределение величины статической температуры вдоль оси сопла.

Скачать (86KB)
9. Рис. 8. Распределение величины массовой концентрации воды вдоль оси сопла.

Скачать (79KB)
10. Рис. 9. Линии тока в камере сгорания и сопле двигателя в различные моменты времени.

Скачать (520KB)
11. Рис. 10. Зависимость величины статического давления в критическом сечении на оси сопла от времени.

Скачать (93KB)

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».