Численное моделирование внутрикамерных нестационарных турбулентных течений. Часть 2

Течение потока газа в твердотопливном ракетном двигателе определяется особенностями физико-химических процессов, протекающих в камере сгорания, и процесса истечения газа из сопла. В работе предложена методика моделирования внутренних нестационарных турбулентных течений в ракетном двигателе с зарядом твердого топлива телескопического типа. Алгоритм разработан на основе системы уравнений сохранения гидромеханических параметров, описывающих поток сжимаемого вязкого газа. Система уравнений была записана с использованием цилиндрической системы координат. Представленная численная методика относится к классу алгоритмов, использующих подход Годунова. Основой разработанного алгоритма является схема расщепления векторов потоков, модифицированная для вязких течений. Предложенный алгоритм позволяет производить сквозной расчет течения продуктов сгорания твердого топлива по всему тракту ракетного двигателя. Результаты, полученные в ходе численного моделирования потока в ракетном двигателе, позволяют сделать анализ зависимости температуры газа на стенке двигателя от скорости горения низкотемпературной внешней шашки телескопического заряда.

Ключевые слова

внутрикамерные процессы; турбулентность; нестационарное течение; вычислительная гидрогазодинамика.

Литература

1. Соломонов, Ю.С. Твердотопливные регулируемые двигательные установки / Ю.С. Соломонов, А.М. Липанов, А.В. Алиев, А.А. Дорофеев, В.И. Черепов. - M.: Машиностроение, 2011.
2. Липанов, А.М. Численный метод расчета турбулентных течений и теплообмена в двигателях летательных аппаратов / А.М. Липанов, Ю.Ф. Кисаров, И.Г. Ключников // Известия вузов. Авиационная техника. - 1988. - № 1. - С. 49-53.
3. Алиев, А.В. Внутренняя баллистика ракетных двигателей на твердом топливе / А.В. Алиев, Г.Н. Амарантов. - M.: Машиностроение, 2007.
4. Годунов, С.К. Численное решение многомерных задач газовой динамики / С.К. Годунов, А.В. Забродин, М.Я. Иванов, А.Н. Крайко, Г.П. Прокопов. - M.: Наука, 1976.
5. Липанов, А.М. Численное моделирование внутрикамерных нестационарных турбулентных течений. Ч. 1 / А.М. Липанов, С.Ю. Дадикина, А.А. Шумихин, М.Р. Королева, А.И. Карпов // Вестник ЮУрГУ. Серия: Математическое моделирование и программирование. - 2019. - Т. 12, № 1. - С. 32-43.
6. Тадмор, З. Теоретические основы переработки полимеров / З. Тадмор, К. Гогос. - M.: Химия, 1984.
7. Липанов, А.М. Теоретическая гидромеханика ньютоновских сред / А.М. Липанов. - M.: Наука, 2011.
8. Коммисаров, Ю.А. Процессы и аппараты химической технологии. Ч. 1 / Ю.А. Коммисаров, Л.С. Гордеев, Д.П. Вент. - M.: Изд-во Юрайт, 2018.
9. Лыков, А.В. Тепломассообмен / А.В. Лыков. - M.: Энергия, 1971.
10. Шумихин, А.А. Численное моделирование течения вязкого сжимаемого газа в ракетных двигателей на твердом топливе с центральным телом / А.А. Шумихин, С.Ю. Дадикина // Химическая физика и мезоскопия. - 2020. - Т. 22, № 2. - С. 184-196.
11. Pino, M.M. Subgrid-Scale Models for Compressible Large-Eddy Simulations / M.M. Pino, U. Piomelli, G.V. Candler // Theoretical and Computational Fluid Dynamics. - 2000. - V. 13, № 5. - P. 361-376.
12. Волков, К.Н. Моделирование крупных вихрей полностью развитого турбулентного течения в канале и сравнение моделей подсеточной вихревой вязкости / К.Н. Волков // Прикладная механика и техническая физика. - 2006. - Т. 47, № 3. - С. 31-42.
13. Steger, J.L. Flux Vector Splitting of the Inviscid Gasdynamic Equations with Application to Finite Difference Methods / J.L. Steger, R.F. Warming // Journal of Computational Physics. - 1981. - V. 40, № 2. - P. 263-293.
14. Anderson, W.K. A Comparison of Finite Volume Flux Vector Splittings for the Euler Equations / W.K. Anderson, J.L. Thomas, B. Van Leer // AIAA Journal. - 1986. - V. 24, № 9. - P. 1453-1460.
15. Шумихин, А.А. Моделирование турбулентных течений вязкого сжимаемого газа с использованием параллельных вычислений / А.А. Шумихин // Химическая физика и мезоскопия. - 2021. - Т. 23, № 3. - С. 292-302.