Анализ моделей горения керосина на примере жидкостного ракетного двигателя


DOI: 10.34759/tpt-2022-14-1-42-48

Авторы

Сеньчев М. Н.*, Зубрилин И. А.**, Юртаев А. А.***, Комисар Ю. В.****

Самарский университет, Самара, Россия

*e-mail: senchevmn@mail.ru
**e-mail: zubrilin416@mail.ru
***e-mail: don.yurtaev2016@yadnex.ru
****e-mail: komisar.yuv@ssau.ru

Аннотация

Представлены результаты моделирования процессов горения в камере жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) при использовании различных кинетических механизмов химических реакций. Рассмотрены модели горючих, близкие по свойствам применяемому в исследуемом ЖРД керосину Т-1 ГОСТ 10227-86. Моделирование проводилось для расчетного режима в двумерной постановке в программном комплексе «ANSYS Fluent». Для описания химических реакций использовались редуцированный механизм z77 (компоненты, реакции) и скелетный механизм A3skeletal (компоненты, реакции). Результаты моделирования в двумерной постановке сравнивались с результатами термодинамического расчета, а также стендовых испытаний по тяге. Расхождение расчетных данных между собой и с экспериментальными по основным характеристикам не превышает 3% при использовании механизма z77. Таким образом показано, что для моделирования процессов горения керосина Т-1 и кислорода может использована постановка задачи, представленная в данной работе.

Ключевые слова:

ЖРД, горение, керосин, кислород, продукты сгорания, механизмы горения

Библиографический список

  1. Трофимов В.Ф. Осуществление мечты. М.: Машиностроение — Полет, 2001. 184 с.
  2. Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. М.: Машиностроение, 1968. 396 с.
  3. Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей. Учебник для вузов / Под ред. В.М. Кудрявцева. М.: Высшая школа, 1975. 656 с.
  4. Ranzi E. Frassoldati A. Stagni A. Pelucchi M. Cuoci A. Faravelli T. Reduced Kinetic Schemes of Complex Reaction Systems: Fossil and Biomass-Derived Transportation Fuels // International Journal of Chemical Kinetics. 2014. 46(9). P. 512–542. DOI:10.1002/kin.20867
  5. РЭ 301-02-207-2000. Горючее Т-1 (Т-1 ПП). Руководство по эксплуатации.
  6. Hong-hua Cai et al. Three-Dimensional Numerical Analysis of LOX/Kerosene Engine Exhaust Plume Flow Field Characteristics // Hindawi International Journal of Aerospace Engineering. Volume 2017. Article ID 4768376. https://doi.org/10.1155/2017/4768376
  7. ГОСТ 10227-2013 Топлива для реактивных двигателей. Технические условия. М.: Стандартинформ, 2014. 13 с.
  8. Дубовкин Н.Ф., Маланичева В.Г., Массур Ю.П. и др. Физико-химические и эксплуатационные свойства реактивных топлив. Справочник. М.: Химия, 1985.
  9. Edwards T. Reference Jet Fuels for Combustion Testing // 55th AIAA Aerospace Sciences Meeting. 2017. DOI:10.2514/6. 2017-0146
  10. Xu R., Wang H., Colket M., Edwards T. Thermochemical properties of jet fuels. Interm Report. Stanford University, USA, 2015, 23 p.
  11. Franzelli B., Riber E., Sanjosé M., Poinsot T. A two-step chemical scheme for kerosene—air premixed flames // Combust Flame. 2010. V. 157(7). P. 1364–1373.
  12. Zettervall N., Fedina E., Nordin-Bates K., Heimdal Nilsson E., Fureby C. Combustion LES of a Multi-Burner Annular Aeroengine Combustor using a Skeletal Reaction Mechanism for Jet-A Air Mixtures // In 51st AIAA/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference AIAA-4020. 2015.
  13. Zettervall N., Furebya C., Nilsson E.J.K. A reduced chemical kinetic reaction mechanism for kerosene-air combustion // Fuel. 2020. V. 269. N 4. P. 117446.
  14. Xu R., Wang K., Banerjee S., Shao J., Parise T., Zhu Y., Wang S., Movaghar A., Lee D.J., Zhao R., Han X., Gao Y., Lu T., Brezinsky K., Egolfopoulos F.N., Davidson D.F., Hanson R.K., Bowman C.T., Wang H. A physics-based approach to modeling real-fuel combustion chemistry — II. Reaction kinetic models of jet and rocket fuels // Combustion and Flame. 2018. V. 193. P. 520‒537.
  15. Wang H., Xu R., Wang K., Bowman C.T., Davidson D.F., Hanson R.K., Brezinsky K., Egolfopoulos F.N. A physicsbased approach to modeling real-fuel combustion chemistry — I. Evidence from experiments and thermodynamic. chemical kinetic and statistical considerations // Combustion and Flame. 2018. V. 193. P. 502‒519.
  16. Fluent Inc. ANSYS. Inc. ANSYS FLUENT 15.0 Theory Guide. 2013
  17. Воробьев А.Г., Боровик И.Н., Ха С. Анализ стационарного теплового состояния ЖРД малой тяги с топливом высококонцентрированная перекись водорода−керосин с учетом впрыскивания. испарения и сгорания жидкостных капель топлив // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. 2014. № 1 (43). C. 41‒55.
  18. Мосолов С.В., Сидлеров Д.А., Пономарев А.А., Смирнов Ю.Л. Расчетное исследование особенностей рабочего процесса в камерах сгорания ЖРД, работающих на топливе кислород + углеводороды // Труды МАИ. 2014. № 58. C. 15‒15.
  19. Киселев А.С. Моделирование стационарного горения в камере сгорания ЖРД // Труды НПО Энергомаш имени академика В.П. Глушко № 29. 2012. 15-27

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2024