Численное исследование рабочего процесса в камере ракетного двигателя малой тяги на кислородно-водородном топливе

Авторы

  • В.Л. Салич Южно-Уральский государственный университет

DOI:

https://doi.org/10.26089/NumMet.v16r219

Ключевые слова:

ракетный двигатель, камера сгорания, моделирование, турбулентность, горение, расчетная сетка

Аннотация

Применение численного моделирования смесеобразования и горения в процессе проектирования камеры кислородно-водородного ракетного двигателя малой тяги позволило в короткие сроки получить конструкцию, обеспечивающую высокие энергетические характеристики, что впоследствии было подтверждено экспериментально. В настоящей статье представлены результаты расчетов, полученные при использовании различных моделей турбулентности (моделей на основе гипотезы турбулентной вязкости и рейнольдсовых напряжений) и моделей химического взаимодействия (моделей тонкого фронта пламени и диссипации вихря), а также результаты, полученные на различных типах и размерностях расчетной сетки. В результате исследований установлено, что тип сетки не оказывает существенного влияния на результаты моделирования; предпочтения отданы модели рейнольдсовых напряжений и модели диссипации вихря. Приводятся сопоставления характеристик камеры на различных режимах работы, полученных экспериментально и по результатам моделирования.

Автор

В.Л. Салич

Библиографические ссылки

  1. V. L. Salich, A. A. Shmakov, and S. D. Vaulin, Liquid-Propellant Thrusters (South Ural State Univ., Chelyabinsk, 2006) [in Russian].
  2. Yu. S. Arkhipov, E. V. Kutueva, and R. H. Kutuev, Chariots of Fire Cosmic Orbits (Reprint, Nizhny Tagil, 2014) [in Russian].
  3. A. V. Novikov, D. A. Yagodnikov, V. A. Burcalcev, and V. I. Lapitsky, “Mathematical Model and Calculation of the Characteristics of the Working Process in the Combustion Chamber of a Low-Thrust Rocket Engine on Methane-Oxygen Fuel Components,” Vestn. Bauman Mosk. Tekh. Univ., Ser.: Mechanical Engineering, Special Issue, 8-17 (2004).
  4. S. D. Vaulin and V. L. Salich, “The Highly Effective Low Thrust Rocket Engines Designing Methods Based on Numerical Simulation of Intrachamber Processes,” Vestn. South Ural State Univ., Ser.: Mechanical Engineering, No. 12, 43-50 (2012).
  5. V. L. Salich, “Numerical Simulation of Mixing and Combustion Chamber in an Oxygen-Hydrogen Rocket Engine Thrust of 100 N in the Design Process,” CAD/CAM/CAE Observer, No. 3, 82-88 (2014).
  6. V. L. Salich, “The Oxygen-Hydrogen Chamber for a Thruster (100 N) Designing by Numerical Simulation of Mixing and Combustion Processes,” Vestn. Ufa Aviatsion. Tekh. Univ. 18 (4), 20-26 (2014).
  7. Y. S. Kovateva and D. Y. Bogacheva, “Evaluation of the Thermal State of the Thrusters Combustion Chamber Working on Ecologically Pure Propellants,” Elektron. Zh. Trudy MAI, No. 65, 1-15 (2013).
  8. ANSYS CFX-Solver, Release 12.1: Theory Guide (2009).
    http://orange.engr.ucdavis.edu/Documentation12.1/121/CFX/xthry.pdf . Cited March 10, 2015.
  9. A. A. Yun and B. A. Krylov, Calculation and Modeling of Turbulent Flows with the Heat Transfer, Mixing, Chemical Reactions and Two-Phase Flows in the Program Complex FASTEST-3D (Moscow Aviation Inst., Moscow, 2007) [in Russian].
  10. U. G. Pirumov and G. S. Roslyakov, Gas Dynamics of Nozzles (Nauka, Moscow, 1990) [in Russian].
  11. S. A. Piralishvili, A. I. Guryanov, and A. V. Badernikov, “Numerical Study of Gasdynamic Characteristics Counterflow Burner with Use of Anisotropic Models of Turbulence,” Vestn. Samara State Aerospace Univ., No. 3, 123-130 (2011).
  12. V. G. Matveev, “Reduction of the Combustion Mechanism of Hydrogen,” Fiz. Goreniya Vzryva 37 (1), 3-5 (2001) [Combust., Expl., Shock Waves 37 (1), 1-3 (2001)].
  13. M. A. Korepanov, Thermodynamics Program (Izhevsk Gos. Tekh. Univ., Izhevsk, 2001) [in Russian].
  14. V. E. Alemasov, A. F. Dregalin, and A. P. Tishin, The Theory of Rocket Engines (Mashinostroenie, Moscow, 1989) [in Russian].
  15. V. L. Salich, “Experimental Studies on the Creation of an Oxygen-Hydrogen Rocket Engine Thrust 100 N,”
    http://www.niimashspace.ru/files/доклады/2014/29.pdf . Cited March 10, 2015.

Загрузки

Опубликован

14-04-2015

Как цитировать

Салич В.Л. Численное исследование рабочего процесса в камере ракетного двигателя малой тяги на кислородно-водородном топливе // Вычислительные методы и программирование. 2015. 16. 187-195. doi 10.26089/NumMet.v16r219

Выпуск

Раздел

Раздел 1. Вычислительные методы и приложения