Математическое моделирование газификации твердых горючих в газовых потоках в прямоточных воздушно-реактивных двигателях

Цель работы - исследовать зависимости интегральных параметров газификации и горения различных твердых горючих (ТГ) в дозвуковой камере сгорания (КС) прямоточного воздушно-реактивного двигателя на твердом горючем (ПВРДТ) от расхода воздуха в широком диапазоне. Исследовать структуру теплового потока на поверхности заряда ТГ и оценить влияние переноса тепла излучением на рабочий процесс в КС ПВРДТ. Выявить особенности и основные закономерности процесса газификации структурированного заряда ТГ в низкотемпературном газогенераторе и оценить возможность использования такого газогенератора для охлаждения КС высокоскоростного ПВРД.Объект исследования: процессы газификации и горения твердых горючих в камере сгорания ПВРДТ, процессы газификации в твердых горючих в камере охлаждения низкотемпературного газогенератора.Основные результаты: 1. Получены зависимости интегральных параметров рабочего процесса в типичной КС ПВРДТ в широком диапазоне значений расхода воздуха. Показано, что коэффициент избытка окислителя и полнота сгорания в каналах зарядов различных ТГ не меняются значительно. Показано, что использование ПЭ предпочтительнее, чем HTPB и ПMMA, в которых затруднительно организовать дожигание. 2. Проведено моделирование изменения формы и теплового состояния заряда ТГ во время работы КС. Полученное в расчетах распределение температуры в заряде свидетельствует об адекватности приближения о поверхностном характере газификации ТГ в КС ПВРДТ. 3. Дана количественная оценка влиянию излучательного теплопереноса в газовой фазе на рабочий процесс в КС ПВРДТ. Показано, что при высоких расходах воздуха теплообменом излучением можно пренебречь.4. Разработана математическая модель газификации структурированного заряда ТГ в низкотемпературном газогенераторе высокоскоростного ПВРД и реализован алгоритм расчета параметров процесса. 5. Выявлены основные особенности газификации ТГ в низкотемпературном газогенераторе высокоскоростного ПВРД, проведены оценки основных параметров этого процесса — расхода различных ТГ и температуры газов в выходном сечении заряда. Показано, что разложение горючего и соответствующее поглощение тепла происходят наиболее интенсивно в зоне вблизи входного сечения заряда, что приводит к тому, что интегральные параметры газификации мало меняются продолжительное время после начала работы газогенератора. Также показано, что температуры истекающих из газогенератора газов могут достигать значений менее 700 К, что позволяет использовать их для охлаждения камеры сгорания высокоскоростного ПВРД.Разработанные математические модели и результаты расчетов могут применяться для планирования стендовых испытаний по исследованию рабочих процессов в ПВРД на твердых горючих и при создании таких двигателей.