Development of a mathematical model of the internal structure of a granular heat accumulator for launching a mono-fuel gas generator


Citar

Texto integral

Resumo

The issue of improving energy-mass characteristics is one of the most important ones in the development of gas generators for various purposes. In this regard, as part of the search for ways to use promising types of fuels, experimental studies of gas generators operating on composite mono-fuel based on nitrate esters were carried out. As a device initiating the combustion reaction, a granular self-heating heat accumulator was used, which was placed in a cylindrical combustion chamber. Experimental studies made it possible to reveal the features of a complex and multi-stage process of mono-fuel conversion occurring in the pore space of the gas generator combustion chamber on the surfaces of the granules and inside a complex system of channels consisting of elementary cells formed by these granules. In this case, the pore space of the heat accumulator is granular filling of mono-dispersed granules of a disordered structure. The task of the work described in the article was to create a mathematical description of granular filling of a disordered structure, solved in a two-dimensional formulation. The article proposes a method of transition from hexagonal stacking to conditionally ordered one that combines the compactness of hexagonal stacking and the ease of description of cubic stacking. The resulting stacking makes it possible to represent half of the frontal section of the granular heat accumulator in the form of a vertical flat layer with a given structure determined by porosity, granule diameter and dimensions of the combustion chamber – its length and diameter. The proposed approach for the transition from a disordered filling structure to a conditionally ordered structure made it possible to develop a mathematical model that describes the internal structure of the launch heat accumulator and determine the coordinates of the heat accumulator zones in which various stages of monopropellant conversion take place. This will allow us to proceed to the formation of a description of the working process of gas generators with a granular self-heating heat launch accumulator.

Sobre autores

V. Zrelov

Samara National Research University

Autor responsável pela correspondência
Email: zrelov07@mail.ru

Professor of the Department of Construction and Design of Aircraft Engines

Rússia

A. Lykin

Samara National Research University

Email: auforstud@gmail.com

Senior Lecturer, Department of Engineering Graphics

Rússia

Bibliografia

  1. Zrelov V.A., Lykin A.Yu. Experimental study of the temperature field of the pore space of a granular heat accumulator. Dvigatel'. 2020. No. 4-6 (130-132). P. 40-43. (In Russ.)
  2. Zrelov V.A., Lykin A.Yu. Experimental study of the interaction process of a dropliquid torch with a granulated heat accumulator. Pumps. Turbines. Sistems. 2021. No. 1 (38). P. 21-26. (In Russ.)
  3. Chuyan R.K. Metody matematicheskogo modelirovaniya dvigateley letatel'nykh apparatov: ucheb. posobie [Methods of mathematical modeling of aircraft engines]. Moscow: Mashinostroenie Publ., 1988. 288 p.
  4. Ratuszny P. Thermal energy storage in granular deposits. E3S Web of Conferences. 2017. V. 19. doi: 10.1051/e3sconf/20171901022
  5. Rady M. Granular phase change materials for thermal energy storage: experiments and numerical simulations. Applied Thermal Engineering. 2009. V. 29, Iss. 14-15. P. 3149-3159. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2009.04.018
  6. Ibrahim N.I., Al-Sulaiman F.A., Rahman S., Yilbas B.S., Sahin A.Z. Heat transfer enhancement of phase change materials for thermal energy storage applications: A critical review. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2017. V. 74. P. 26-50. doi: 10.1016/j.rser.2017.01.169
  7. Soloveva O.V., Khusainov R.R. Comparison of granular filters with various forms of particles. Scientific and Technical Volga region Bulletin. 2019. No. 12. P. 214-217. (In Russ.)
  8. Portnova T.M., Vitkovskaya R.F., Dregulo A.M., Kudryavtsev A.V., Rodionov V.Z., Protsenko O.V., Furtatova A.S. Sorbent (granulated activated carbon) reactivation in dual-media rapid filters to optimize the quality of drinking water. Water and Ecology: Problems and Solutions. 2021. No. 1 (85). P. 3-8. (In Russ.). doi: 10.23968/2305-3488.2021.26.1.3-8
  9. Chen W., Zhao H., Xue Y., Chang X. Adsorption effect and adsorption mechanism of high content zeolite ceramsite on asphalt VOCs. Materials. 2022. V. 15, Iss. 17. doi: 10.3390/ma15176100
  10. Karnaukhov A.P. Adsorbtsiya. Tekstura dispersnykh i poristykh materialov [Texture of dispersed and porous materials]. Novosibirsk: Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences Publ., 1999. 469 p.
  11. Soloveva O.V., Solovev S.A., Ahmetvaleeva L.V. Comparative calculation of chemically-responsive gas flow through the traditional granular catalyst layer and the catalyst based on open cell foam material. Scientific and Technical Volga region Bulletin. 2020. No. 4. P. 80-83. (In Russ.)
  12. Netskina O.V., Komova O.V., Simagina V.I. Granulated rhodium catalysts of sodium borohydride hydrolysis for generators of high-purity hydrogen. Russian Journal of Applied Chemistry. 2016. V. 89, Iss. 10. P. 1625-1631. doi: 10.1134/S1070427216100104
  13. Kholikov M.M., Safarov M.M., Juraev D.S. Density and exhaust heat capacity of catalysts based on porous granulated aluminum oxide. Polytechnic Bulletin. Series: Intelligence. Innovation. Investments. 2018. No. 4 (44). P. 36-40. (In Russ.)
  14. Alexandrov P.V., Bukhtiyarova G.A., Noskov A.S. Modern approaches to testing granulated catalysts in the hydrotreatment of oil distillates under laboratory conditions. Catalysis in Industry. 2015. V. 7, Iss. 1. P. 47-53. doi: 10.1134/S207005041501002X
  15. Lykov A.V. Teplomassoobmen [Heat-and-mass transfer]. Moscow: Energiya Publ., 1978. 480 p.
  16. Spravochnik po teploobmennikam / pod red. B.S. Petukhova, V.K. Shikova. T. 1. [Directory of heat exchangers / ed. by B.S. Petukhov, V.K. Shikov. V. 1]. Moscow: Energoatomizdat Publ., 1987. 560 p.
  17. Vargaftik N.B., Filippov L.P., Tarzinamov A.A., Totskiy E.E. Spravochnik po teploprovodnosti zhidkostey i gazov [Reference book on heat conduction of liquids and gases]. Moscow: Energoatomizdat Publ., 1990. 352 p.
  18. Beck A.E. An improved method of computing the thermal conductivity of fluid-filled sedimentary rocks. Geophysics. 1976. V. 41, Iss. 1. P. 133-144. doi: 10.1190/1.1440596
  19. Baumann T., Zunft S. Properties of granular materials as heat transfer and storage medium in CSP application. Solar Energy Materials and Solar Cells. 2015. V. 143. P. 38-47. doi: 10.1016/j.solmat.2015.06.037
  20. Duan L., Qi Ch., Ling X., Peng H. The contact heat transfer between the heating plate and granular materials in rotary heat exchanger under overloaded condition. Results in Physics. 2018. V. 8. P. 600-609. doi: 10.1016/j.rinp.2017.12.018
  21. Géminard J.-Ch., Gayvallet H. Thermal conductivity of a partially wet granular material. Physical Review E. 2001. V. 64. doi: 10.1103/physreve.64.041301
  22. Kuz'menkov M.I., Kunitskaya T.S. Vyazhushchie veshchestva i tekhnologiya proizvodstva izdeliy na ikh osnove: ucheb. posobie [Binders and technology for making products based on them. Study guide]. Minsk: Belarusian State Technological University Publ., 2003. 218 p.
  23. Van Hauwermeiren D., Verstraetenb M., Doshi P., Ende M.T., Turnbull N., Leed K., De Beer T., Nopens I. On the modelling of granule size distributions in twin-screw wet granulation: Calibration of a novel compartmental population balance model. Powder Technology. 2019. V. 341. P. 116-125. doi: 10.1016/j.powtec.2018.05.025
  24. Brusentsov Yu.A., Minaev A.M. Osnovy fiziki i tekhnologii oksidnykh poluprovodnikov: ucheb. posobie [Fundamentals of physics and technology of oxide semiconductors: Study guide]. Tambov: Tambov State Technical University Publ., 2002. 80 p.
  25. Duran J. Sands, powders, and grains: An Introduction to the physics of granular materials. New York: Springer, 2000. 214 p. doi: 10.1007/978-1-4612-0499-2

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML

Declaração de direitos autorais © VESTNIK of Samara University. Aerospace and Mechanical Engineering, 2024

Creative Commons License
Este artigo é disponível sob a Licença Creative Commons Atribuição–Compartilhalgual 4.0 Internacional.

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».