Моделирование режимов работы низкотемпературного газогенератора
Автор: Кириллов Валерий Владимирович
Рубрика: Расчет и конструирование
Статья в выпуске: 3 т.15, 2015 года.
Бесплатный доступ
Низкотемпературный газогенератор (НТГГ) предназначен для получения газа с температурой 350...450 К. Он состоит из двух основных частей - камеры сгорания с зарядом твёрдого топлива и камеры охлаждения с гранулами твёрдого охладителя. Продукты сгорания твёрдого топлива имеют высокую температуру, что не позволяет использовать их в целом ряде технических устройств. Охлаждение газа происходит в результате его взаимодействия с гранулами твёрдого охладителя, на термическое разложение которого расходуется часть внутренней энергии газа. Для описания процессов тепло- и массообмена в НТГГ разработана математическая модель на основе одномерных уравнений неразрывности, импульса, энергии, баланса массы компонентов газовой смеси. Газовая смесь состоит из продуктов сгорания твёрдого топлива, продуктов разложения охладителя и воздуха. Математическая модель учитывает воспламенение и горение топлива, течение газовой смеси в НТГГ, теплообмен с элементами конструкции НТГГ и кинетику разложения гранул охладителя. Для реализации математической модели разработан численный метод решения краевой задачи на основе метода конечных разностей. Система уравнений аппроксимирована неявными разностными схемами. Для решения нелинейных разностных уравнений применён метод Ньютона. Краевая задача решалась ортогональной прогонкой. Результаты расчётов сравнены с экспериментальными данными. Выяснено влияние конструктивных и режимных параметров на изменение температуры, давления, расхода, скорости разложения охладителя.
Низкотемпературный газогенератор, математическая модель, численный метод
Короткий адрес: https://sciup.org/147151698
IDR: 147151698 | УДК: 519.6:536.24
Simulation of low-temperature operation mode gas generator
Low-temperature gas generator (LTGG) for producing gas with a temperature of 350... 450 K. It consists of two main parts - a combustion chamber with a charge of solid propellant and cooling chamber with granules of the solid coolant. The products of combustion of solid propellant have a high temperature that does not allow to use them in a variety of technical devices. Cooling gas is the result of its interaction with the solid granules cooler on the thermal decomposition of which consumes part of the internal energy of the gas. To describe the processes of heat and mass transfer in LTGG developed a mathematical model based on the one-dimensional equations of continuity, momentum, energy and mass balance of the components of the gas mixture. The gas mixture is composed of products of combustion of solid propellant, degradation products and the air cooler. The mathematical model takes into account the ignition and combustion of the fuel within the gas mixture in LTGG, heat exchange with the structural elements LTGG and kinetics of degradation of pellets cooler. To implement the mathematical model developed numerical method for solving the boundary value problem based on the finite difference method. The system of equations is approximated by implicit difference schemes. For the solution of nonlinear differential equations applied Newton's method. A boundary value problem was solved orthogonal factorization. The calculation results are compared with experimental data. The influence of constructive and regime parameters on the change in temperature, pressure, flow, speed expansion cooler.
Список литературы Моделирование режимов работы низкотемпературного газогенератора
- Production of the fire extinguishing mixture by solid propellant propulsion/A.I. Karpov, A.Y. Lesthev, A.M. Lipanov, G.A. Lesthev//Journal of less prevention in the process industries. -2013. -Vol. 26. -P. 338-343.
- Srinivasan, R. Experiments on thermal response of low aspect ratio packed beds at high Reynolds numbers with varying inflow temperatures/R. Srinivasan, B.N. Raghunandan//Experimental thermal and fluid science. -2012. -Vol. 44. -P. 323-333.
- Krishnan, S. Experimental investigation of erosive burning of composite propellants under supersonic crossflows/S. Krishnan, K.K. Rajesh//International Journal of Energetic Materials and Chemical Propulsion. -2002. -Vol. 5. -Iss. 1-6. -P. 316-325.
- Cheng, H.G. The design and numerical simulation study of gas generator sealing device/H.G. Cheng, J.S. Zhou, T.B. Wang, C.G. Dong//Proceedings of the third international conference on mechanical engineering and mechanics. -2009. -Vol. 1, 2. -P. 1213-1217.
- Thurbochaged solid propellant ramjet for actical missile/S. Yang, G.Q. He, Y. Liu, J. Li//Mechanical engineering and materials. -2012. -Vol. 152-154. -P. 204-209.
- Hong, M. Experimental correction of combustion gas properties of AN-based composite solid propellant used for turbo-pump starter/M. Hong//Aerospace science and technology. -2012. -Vol. 16. -P. 56-60.
- Oserov, A. Analytical modelling of the gas generator frequency response in hybtid rocket boosters/A. Ozerov, B. Natan, A. Gany//ACTA Astronautics. -1986. -Vol. 39, No. 8. -P. 589-598.
- Kim, A. Explosion suppression with hybrid gas generator system/A. Kim, G. Crampton//Progress in safety science and technjljgy. -2008. -Vol. 7. -P. 891-895.
- A functional on-clip pressure generator using solod chemical propellant lab-on-a-chip/G.C. Hong, S. Murugesan, S. Kim et al.//Lab on a Chip. -2003. -Vol. 3. -P. 281-286.
- Engelen, K. Chemical formulation of solod propellant for specific gas generators/K. Engelen, M.H. Lefebvre, J. De Ruyek//Twenty-fourth international pyrotechnics seminar, 1998. -P. 203-216.
- Низкотемпературные газогенераторы на твёрдом топливе/С.Д. Ваулин, А.М. Калинкин, С.Г. Ковин и др.; под общ. ред. акад. А.М. Липанова. -Ижевск: ИПМ УрО РАН, 2006. -236 с.
- Теоретическое и экспериментальное исследование низкотемпературных газогенераторов/Д.Д. Аксёненко, С.Д. Ваулин, В.Г. Зезин и др.; под общ. ред. акад. А.М. Липанова. -Ижевск: ИПМ УрО РАН, 2008. -264 с.
- Численный эксперимент в теории РДТТ/А.М. Липанов, В.П. Бобрышев А.В. Алиев и др. -Екатеринбург: ИПМ УИФ Наука, 1994. -303 с.
- Вукалович, М.П. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара/М.П. Вукалович, С.Л. Ривкин, А.А. Александров. -М.: Изд-во стандартов, 1969. -408 с.
- Кириллов, В.В. Расчётно-теоретическое исследование процессов тепло-и массообмена в низкотемпературных газогенераторах/В.В. Кириллов//Хим. физика и мезоскопия. -2008. -Т. 10, № 4. -С. 428-435.
- Самарский, А.А. Методы решения сеточных уравнений/А.А. Самарский, Е.С. Николаев. -М.: Наука, 1978. -592 с.
