-Математическое моделирование сверхзвукового турбулентного горения водородо-воздушных смесей в каналах технических устройств

В связи с созданием гиперзвуковых летательных аппаратов актуальность приобретает задача разработки прямоточных воздушно-реактивных двигательных установок (ГПВРД), использующих окружающий воздух в качестве окислителя. Гиперзвуковые скорости полета (М=6–15) могут быть достигнуты только с использованием двигателя, в котором сгорание топлива происходит со сверхзвуковыми скоростями. Сверхзвуковые турбулентные течения в каналах камеры сгорания характеризуются сложной волновой структурой и наличием многочисленных отрывных зон. Из-за высоких скоростей потока, время пребывания смеси в камере сгорания очень мало, поэтому ее конструкция и способы подачи топлива должны обеспечить хорошее смешение топлива и окислителя на молекулярном уровне, воспламенение, устойчивое горение и отсутствие теплового запирания канала в достаточно широком диапазоне входных параметров.Компьютерное моделирование в сочетании с физическим экспериментом является эффективным инструментом для решения большинства сложных задач, которые возникают при проектировании сверхзвуковых камер сгорания. Важную роль при создании математической модели процессов горения играют выбор кинетических схем и учет нелинейного взаимодействия турбулентности и горения. Турбулентность воздействует на горение путем интенсификации смешения топлива и окислителя, а также усиления пульсаций температуры и концентраций химических компонент. Горение оказывает влияние на турбулентность через изменение температуры и скорости течения, что может как повышать, так и понижать уровень турбулентных пульсаций.Целью настоящего проекта является исследование различных подходов к описанию взаимодействия турбулентности и горения на примере моделирования горения неподготовленной водородо-воздушной смеси при числах Маха 2-4 на входе в камеру сгорания. Расчеты будут проведены в программном комплексе ANSYS Fluent с использованием различных моделей турбулентности, моделей взаимодействия турбулентности и горения и различных кинетических схем горения водородо-воздушной смеси. Для верификации расчетных данных будут использованы доступные из литературы экспериментальные данные, а также уникальные данные экспериментов, проведенных в ИТПМ СО РАН. В результате будет разработана и верифицирована вычислительная технология для описания турбулентных течений газовых смесей, осложненных процессами смешения, воспламенения и горения, с помощью которой будут получены новые фундаментальные знания об изучаемых течениях. Эти исследования имеют также важное практическое значение для разработки и проектирования элементов технических устройств.