Приведены результаты аналитического описания и экспериментального исследова-ния детонационных режимов горения воздушно-метановой смеси в сверхзвуковом сносящем потоке внутри цилиндрического канала. Рассмотрен широкий диапазон изменения массового соотношения компонентов и начальной температуры топлив-ной смеси. Предложена математическая модель для прогнозирования скорости рас-пространения фронта детонационной волны, подтвержденная оригинальными ре-зультатами экспериментов и эмпирическими данными других авторов. Показана воз-можность реализации пульсирующего режима детонационного сгорания воздушно-метановой смеси. Определены режимы вырождения детонации в турбулентное горе-ние при повышенных начальных температурах топливной смеси. Полученные данные могут быть использованы при экспериментальных исследованиях детонационных процессов, создании и испытаниях перспективных энергосиловых установок, стендо-вого и технологического оборудования.Ключевые слова: детонационное горение, пульсации давления, турбулентное горе-ние, экспериментальное исследование, скорость распространения фронта детонаци-онной волны, вырождение детонации.The results of analytical description and experimental study of knocking combustion modes of air-methane mixture in a supersonic crossflow inside the cylinder are presented. A wide range of changes in the mass ratio of the components and the fuel mixture initial temperature is considered. A mathematical model for the prediction of the propagation rate of the detonation wave front is proposed. The model is validated by the original experimental results and empirical data of other authors. The possibility of implementing a pulsating mode of knocking combustion of the air-methane mixture is shown. The modes

No abstract

подачи горючего в генераторах высокоэнтальпийных потоков, энергетических и силовых установках, а также в технологическом и стендовом оборудовании. Ключевые слова: математическое моделирование, распыл жидкости, дробление капель, испарение капель, канал постоянного сечения. The development of high performance combustion chambers for future propulsion and power plants is associated with the intensification of two-phase mixing process, namely in constant cross section channels. Using well-documented experimental studies, in most cases it is possible to obtain patterns of change in integral characteristics of the working process such as fuel combustion completeness, coefficient of efficiency, etc. However, experimental data do not enable detailed analysis of droplet fragmentation and evaporation processes, which is necessary to further improve the mixing efficiency in the flow path. Therefore, it is important to study these processes through numerical simulation. The paper presents the mathematical model and the results of studies of two-phase mixing in a constant cross section channel with the wake and transverse fluid supply through spray and centrifugal injectors. Based on the simulation results, recommendations on the intensification of the mixing processes in the constant cross section channel are given. The data obtained can be used for selecting configuration of the fuel supply system in high-enthalpy flow generators, power and propulsion plants as well as processing and testing equipment.

No abstract

Ключевые слова: математическое моделирование, экспериментальное исследова-ние, горение частиц металла, фронт пламени, камера дожигания, закон горенияВведение. Для совершенствования прямоточных воздушно-реак-тивных двигателей (ПВРД) и ракетно-прямоточных двигателей (РПД) требуется, во-первых, повысить энергетические характеристи-ки используемых топлив и, во-вторых, эффективность рабочего про-цесса в камерах сгорания двигателей. Для решения первой задачи все шире используют высокометаллизированные твердые топлива (ВМТТ). Решение второй задачи неразрывно связано с реализацией высоких значений полноты сгорания ВМТТ [1].В РПД имеет место двустадийный рабочий процесс: первая ста-дия -первичное горение (газификация) ВМТТ в газогенераторе; вторая стадия -горение внутри камеры сгорания в воздушной среде поступающих из газогенератора газообразных и конденсированных продуктов первичного процесса [2]. В целях исключения неточной трактовки излагаемого материала для продуктов первичного горения воспользуемся термином «продукты газификации» ВМТТ, понимая при этом, что они включают в себя и конденсированные частицы. Следует отметить, что в качестве перспективных рассматриваются также и схемы ПВРД с прямой подачей псевдоожиженного порошко-образного металлического горючего (ПМГ) в камеру сгорания [3, 4].Конденсированные продукты газификации представляют собой мелкодисперсные высокометаллизированные частицы. В зависимо-сти от состава ВМТТ в частицах могут содержаться алюминий, маг-Инженерный журнал: наука и инновации # 1·2017 ний, бор, а также их соединения, сплавы и образовавшиеся при пер-вичном горении оксиды. Поскольку концентрация горючих элемен-тов в частицах достаточно высока, будем называть их частицами. Учитывая сложный химический состав ПМГ, при моделировании рабочего процесса в реальных РПД целесообразно использовать упрощенные эмпирические законы горения частиц ПМГ [5, 6]. В этом случае основной проблемой становится уточнение констант и общего вида этих законов. Решение данной проблемы возможно при модели-ровании процессов, близких по своей природе процессам в камере сгорания РПД, для которых имеются необходимые эксперименталь-ные данные. В качестве одного из таких приближений может быть рассмотрен процесс распространения фронта пламени в газовзвесях ПМГ в установках постоянного объема (УПО) [7, 8].Разумеется, для подобного моделирования желательно было бы иметь частицы ПМГ, отобранные непосредственно на выходе из газо-генератора. Однако база данных по таким продуктам практически от-сутствует, что определяется в первую очередь большой сложностью осуществления на практике процесса гашения частиц непосредствен-но за соплом газогенератора. В связи с этим на начальной стадии ра-бот целесообразно провести исследование по построению и уточне-нию эмпирических законов горения для конкретных металлов, из которых состоят частицы ПМГ.Экспериментальная установка. Прежде чем перейти к описа-нию математической модели, рассмотрим конструктивные особенно-сти УПО и методику проведения эксперимента.Моделируемый эксперимент был выполнен н...