Численное моделирование истечения сверхзвуковой струи продуктов сгорания кислород/метана из сопла РДМТ с учетом переменности теплофизических свойств

Авторы: Таран К.А.
Опубликовано в выпуске: #10(87)/2023
DOI: 10.18698/2541-8009-2023-10-946
Раздел: Авиационная и ракетно-космическая техника | Рубрика: Проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов
Ключевые слова: численное моделирование, ракетный двигатель малой тяги, продукты сгорания, кислород, метан, вычислительная гидрогазодинамика, сверхзвуковой поток
Опубликовано: 10.12.2023

Выполнено численное моделирование истечения сверхзвуковой струи продуктов сгорания (ПС) топливной пары «кислород — метан» из сопла ракетного двигателя малой тяги (РДМТ) с учетом зависимости теплофизических свойств ПС от температуры. В программе Terra рассчитаны термодинамические параметры ПС для давления в камере сгорания от 1 до 3 МПа. Определены и графически представлены полиномиальные зависимости удельной теплоемкости, а также коэффициентов теплопроводности и динамической вязкости ПС от температуры на основании данных, полученных в программе Terra. Проведено численное моделирование в программном комплексе ANSYS Fluent истечения высокотемпературных ПС из модельной камеры РДМТ путем решения системы осредненных по Рейнольдсу уравнений сохранения массы, количества движения и энергии. В численных расчетах учтена переменность теплофизических свойств ПС.

Литература

[1] Козлов А.А., Воробьев А.Г., Бороник И.Н. Жидкостные ракетные двигатели малой тяги. Москва, МАИ, 2013, 208 с.

[2] Егорычев В.С., Сулинов А.В. Жидкостные ракетные двигатели малой тяги и их характеристики. Самара, СГАУ, 2014, 128 с.

[3] Брегвадзе Д.Т., Габидулин О.В., Гуркин А.А., Заболотько И.А. Применение топлива «кислород + метан» в жидкостных ракетных двигателях. Политехнический молодежный журнал, 2017, № 12 (17). http://doi.org/10.18698/2541-8009-2017-12-205

[4] Салич В.Л., Шмаков А.А., Ваулин С.Д. Жидкостные ракетные двигатели малой тяги. Челябинск, ЮУрГУ, 2006, 52 с.

[5] Ковалев К.Е., Федотова К.В., Ворожеева О.А. Расчетное исследование эффективности системы подачи компонентов в модельном ракетном двигателе малой тяги на кислород-метане. Инженерный журнал: наука и инновации, 2022, вып. 10. http://doi.org/10.18698/2308-6033-2022-10-2217

[6] Арефьев К.Ю., Федотова К.В., Крикунова А.И., Панов В.А. Математическое и физическое моделирование влияния пульсаций скорости сносящего потока воздуха на структуру пламени при диффузионном режиме горения метана. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2020, № 2 (89), с. 65–84. https://doi.org/10.18698/1812-3368-2020-2-65-84

[7] Филатов Е.И. Курс лекций по газовой динамике. Казань, Казанский университет, 2022, 138 с.

[8] Авраменко М.И. О модели турбулентности. Снежинск, РФЯЦ – ВНИИТФ, 2010, 102 с.

[9] Васильев А.П., Кудрявцев В.М., Кузнецов В.А., Курпатенков В.Д., Обельницкий А.М., Поляев В.М., Полуян Б.Я. Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей. В 2 кн. Кн. 1. Москва, Высшая школа, 1993, 38 c.

[10] Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005, 488 с.