Закономерности газификации структурированного заряда твердого горючего в низкотемпературном газогенераторе


DOI: 10.34759/tpt-2020-12-2-50-57

Авторы

Размыслов А. В.1, Султанов В. Г.1, Яновский Л. С.2*

1. ФГБУН «Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН», просп. академика Семенова, 1, Черноголовка, Московская область, 142432, Россия
2. Центральный институт авиационного моторостроения им. П. И. Баранова, ЦИАМ, Авиамоторная ул., 2, Москва, 111116, Россия

*e-mail: yanovsky@ciam.ru

Аннотация

Для исследования особенностей газификации структурированного заряда твердого го- рючего в потоке газообразных продуктов сгорания твердого топлива в низкотемператур- ном газогенераторе прямоточного воздушно-реактивного двигателя предложена одно- мерная математическая модель, учитывающая течение продуктов сгорания через заряд, теплообмен между потоком газа и поверхностью заряда, кинетику газификации твердого горючего, изменение формы заряда в процессе работы газогенератора. Показаны особен- ности газификации твердого горючего в низкотемпературном газогенераторе, получены оценки соответствующих параметров для нескольких типов полимерных углеводородных горючих. Показано, что разложение горючего и соответствующее поглощение тепла про- исходят наиболее интенсивно в «активной зоне» вблизи входного сечения заряда, что приводит к тому, что интегральные параметры газификации мало меняются продолжи- тельное время после начала работы газогенератора, а температура истекающих из газоге- нератора газов может быть менее 700 К.

Ключевые слова:

низкотемпературный газогенератор, твердое горючее, газифика- ция, прямоточный воздушно-реактивный двигатель, пиролиз

Библиографический список

  1. Kirillov V.V., Shelkhovskoi R.D. Heat and mass transfer in low-temperature gas generation // Procedia Engineering. 2017. V. 206. P. 242–247. DOI: 10.1016/j.proeng.2017. 10.468

  2. Karpov A.I., Leschev A.Y., Lipanov A.M., Leschev G.A. Production of fire extinguishing mixture by solid propellant propulsion // Journal of Loss Prevention in the Process In- dustries. 2013. V. 26. N 2. P. 338–343. DOI: 10.1016/j.jlp. 2011.10.007

  3. Yang S., He G.Q., Liu Y., Li J. Turbocharged solid pro- pellant ramjet for tactical missile // Applied Mechanics and Materials. 2012. V. 152–154. P. 204–209. DOI: 10.4028/ www.scientific.net/AMM.152-154.204

  4. Yanovskiy L.S. et al. Research of solid propellant burning processes in low temperature aeroengine gas generator // Proceedings XXIII ISABE 2017. 2017. 22564.

  5. Zharkov A.S., Shandakov V.A., Savel’yeva E.V. Physi- cochemical approaches to developing solid chemical propel- lant gas coolant production technology // Theor. Found. Chem. Eng. 2015. V. 49. N 5. P. 699. DOI: 10.1134/S0040 579515050188

  6. Zhang D. et al. Effects of calcium carbonate on thermal characteristics, reaction kinetics and combustion behaviors of 5AT/Sr(NO3)2 propellant // Energy Conversion and Management. 2016. V. 109. P. 94–102. DOI: 10.1016/j.en- conman.2015.11.051

  7. Salgansky E.A., Lutsenko N.A., Levin V.A., Yanovs- kiy L.S. Modeling of solid fuel gasification in combined charge of low-temperature gas generator for high-speed ramjet engine // Aerospace Science and Technology. 2019. V. 84. P. 31–36. DOI: 10.1016/j.ast.2018.10.029

  8. Яновский Л.С., Байков А.В., Аверьков И.С. Оценка возможности создания ВРД на твердом топливе с сис- темой активного разложения // Тепловые процессы в технике. 2016. Т. 8. № 3. С. 111–116.

  9. Averkov I.S., Arefyev K.Yu., Baykov A.V., Yanovs- kiy L.S. Investigation of the efficiency of regenerative cooling of the ramjet combustor by gasification products of energy-intensive material // Thermophysics and Aerome- chanics. 2017. V. 24. N 1. P. 147–158. DOI:10.1134/S08 69864317010164

  10. Токталиев П.Д., Бабкин В.И., Мартыненко С.И. Мо- делирование сопряженного теплообмена в элементах конструкции системы охлаждения авиационных двига- телей на эндотермических топливах // Тепловые про- цессы в технике. 2015. Т. 7. № 4. С. 162–165.

  11. Arefyev K.Yu., Fedotova K.V., Yanovsky L.S., Ilchen- ko M.A., Niazbaev K.T. Study of solid hydrocarbon gasifi- cation in spherical bedding under high-temperature gas flow

  12. // Thermophysics and Aeromechanics. 2018. V. 25. N 6. P. 917–928. DOI: 10.1134/S0869864318060124

  13. Volokhov V., Toktaliev P., Martynenko S., Yanovskiy L., Volokhov A., Varlamov D. Supercomputer simulation of physicochemical processes in solid fuel ramjet design components for hypersonic flying vehicle // RuSCDays 2016. Communications in Computer and Information Science V. 687. P. 236–248. DOI: 10.1007/978-3-319-55669-7_19

  14. Lees L. Convective heat transfer with mass addition and che- mical reactions // Combustion and propulsion: 3rd AGARD Colloquium, 1958. N.Y.: Pergamon Press. P. 451–498.

  15. Fraas A.P. Heat Exchanger Design. N.Y.: Wiley, 1989.

  16. Fundamentals of Hybrid Rocket Combustion and Propul- sion / ed. by K.K. Kuo, M.J. Chiaverini. Reston, VA: Ame- rican Institute of Aeronautics, Astronautics, 2007. DOI: 10.2514/4.866876

  17. Wang L., Li S., Chi H., Li B., Wei Z., Wang N. Quasi- one-dimensional numerical method for solid fuel scramjet combustor analysis and design // Journal of Aerospace Engi- neering. 2015. V. 28. N 3. P. 04014083. DOI: 10.1061/(ASCE) AS.1943-5525.0000407

  18. Carmicino C., Sorge A.R. Role of injection in hybrid rockets regression rate behaviour // Journal of Propulsion and Po- wer. 2005. V. 21. N 4. P. 606–612. DOI: 10.2514/1.9945

  19. Morinigo J.A., Hermida-Quesada J. Evaluation of re- duced-order kinetic models for HTPB-oxygen combustion using LES // Aerospace Science and Technology. 2016. V. 58. P. 358–368. DOI: 10.1016/j.ast.2016.08.027


mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2024