Исследование малоразмерного реактивного двигателя на основе вихревой противоточной горелки


DOI: 10.34759/tpt-2020-12-10-465-472

Авторы

Евдокимов О. А.1*, Пиралишвили Ш. А.2**, Гурьянов А. И.1, Веретенников С. В.1

1. Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П. А. Соловьёва, РГАТУ, ул. Пушкина, 53, Рыбинск, Ярославская область, 152934, Россия
2. Самарский государственный университет путей сообщения, 443066, г. Самара, 1-й Безымянный пер., 18

*e-mail: yevdokimov_oleg@mail.ru
**e-mail: piral@list.ru

Аннотация

Представлены результаты численного моделирования рабочего процесса вихревого противоточного реактивного двигателя малой тяги. Исследования газодинамической структуры течения в рамках подхода RANS с использованием k-ε, k-ω SST и RSM BSL моделей турбулентности показали, что наиболее адекватные результаты могут быть получены для случая применения анизотропной модели. Численное моделирование процесса горения позволило получить значения полноты сгорания топлива и тяги на выходе из горелки, равные 96% и 61.8 Н соответственно. В рамках геометрической оптимизации сверхзвукового сопла выявлено, что оптимальное значение диаметра дозвуковой части составляет 0.5 от диаметра вихревой камеры. Отмеченное значение определяет наибольшую полноту сгорания и тягу, а также характеризуется интенсификацией вихревого движения в камере сгорания.

Ключевые слова:

закрученный поток, сверхзвук, вихревая противоточная горелка, малоразмерный двигатель

Библиографический список

  1. Гупта А., Лилли Д., Сайред Н. Закрученные потоки. М.: Мир, 1987. 588 с.

  2. Бирюк В.В., Веретенников С.В., Гурьянов А.И., Пиралишвили Ш.А. Вихревой эффект. Технические приложения. Ч. 2. М.: Научтехлитиздат, 2014. 288 с.

  3. Syred N., Beér J.M. Combustion in swirling flows: A review // Combustion and Flame. 1974. V. 23. P. 142‒201. DOI: 10.1016/0010-2180(74)90057-1

  4. Najim S.E., Styles A.C., Syred N. Flame movement mechanisms and characteristics of gas fired cyclone combustors // Symposium (International) on Combustion. 1981. V. 18. P. 1949‒1957. DOI: 10.1016/S0082-0784(81)80201-9

  5. Dawson B. Feasibility Study on Vortex Combustion // Scientific report. 1960.

  6. Chiaverini M., Malecki M., Sauer J., Knuth W., Majdalani J. Vortex Thrust Chamber Testing and Analysis for O2-H2 Propulsion Applications // 39th AIAA/ASME/ SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit, American Institute of Aeronautics and Astronautics, Huntsville, Alabama. 2003. DOI: 10.2514/6.2003-4473

  7. Munson S., Sauer J., Rocholl J., Chiaverini M. Development of a Low-Cost Vortex-Cooled Thrust Chamber Using Hybrid Fabrication Techniques // 47th AIAA/ASME/ SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit, American Institute of Aeronautics and Astronautics, San Diego, California. 2011. DOI: 10.2514/6.2011-5835

  8. Majdalani J., Chiaverini M.J. Characterization of GO2-GH2 simulations of a miniature vortex combustion coldwall chamber // Journal of Propulsion and Power. 2017. V. 33. P. 387–397. DOI: 10.2514/1.B36277

  9. Yu N., Zhao B., Li G., Wang J. Experimental and simulation study of a Gaseous oxygen/Gaseous hydrogen vortex cooling thrust chamber // Acta Astronautica. 2016. V. 118. P. 11–20. DOI: 10.1016/j.actaastro.2015.09.017

  10. Sun D., Liu S. Experimental research on bidirectional vortices in cold wall rocket thruster // Aerospace Science and Technology. 2012. V. 18. P. 56–62. DOI: 10.1016/j.ast.2011.04.002

  11. Rajesh T.N., Jothi T.J.S., Jayachandran T. Performance analysis of a vortex chamber under non-reacting and reacting conditions // Sādhanā. 2020. V. 45. P. 43. DOI: 10.1007/s12046-020-1271-1

  12. Besharat Shafiei S., Ghafourian A., Saidi M.H., Mozafari A.A. Theoretical and Experimental Modeling of Vortex Engine in Ramjet Application // 45th AIAA/ASME/ SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit, American Institute of Aeronautics and Astronautics, Denver, Colorado. 2009. DOI: 10.2514/6.2009-5433

  13. Augousti A.T., Baker A., Marlow J.-J. Design and test firing of a dual bidirectional double vortex bipropellant rocket engine // J. Phys.: Conf. Ser. 2018. V. 1065. P. 262002. DOI: 10.1088/1742-6596/1065/26/262002

  14. Guryanov A.I., Piralishvili Sh.A., Guryanova M.M., Evdokimov O.A., Veretennikov S.V. Counter-current hydrogeneoxygen vortex combustion chamber. Thermal physics of processing // Journal of the Energy Institute. 2020. V. 93. P. 634‒641. DOI: 10.1016/j.joei.2019.06.002

  15. Evdokimov O.A., Guryanov A.I., Mikhailov A.S., Veretennikov S.V. A numerical simulation of burning of pulverized peat fuel in a bidirectional vortex combustor // Thermal Science and Engineering Progress. 2020. V. 17. P. 100510. DOI: 10.1016/j.tsep.2020.100510

  16. Evdokimov O.A., Guryanov A.I., Mikhailov A.S., Veretennikov S.V., Stepanov E.G. Experimental investigation of burning of pulverized peat in a bidirectional vortex combustor // Thermal Science and Engineering Progress. 2020. V. 18. P. 100565. DOI: 10.1016/j.tsep.2020. 100565

  17. Badernikov A.V., Piralishvily S.A., Guryanov A.I. Results of Numerical Modeling of Combustion Processes in a Vortex Chamber // MATEC Web Conf. 2018. V. 209. P. 00023. DOI: 10.1051/matecconf/201820900023

  18. Бадерников А.В. Модифицированный метод расчёта горения в вихревых противоточных горелочных устройствах. Рыбинск: РГАТУ. Дисс... канд. техн. наук. 2019. 168 с.

  19. ANSYS CFX-Solver Theory Guide, ANSYS Inc. 2011.

  20. Syred N. A review of oscillation mechanisms and the role of the precessing vortex core (PVC) in swirl combustion systems // Progress in Energy and combustion Science. 2006. V. 32. P. 93‒161. DOI: 10.1016/j.pecs.2005.10.002

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2024