2 / 10
Исследование влияния антипульсационных перегородок на развитие рабочего процесса…
ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2017. № 2
45
дом дискретных капель. При этом учитывается взаимообмен массой, импульсом
и энергией между фазами газа и капель с учетом особенностей турбулентного
течения. Уравнения в частных производных для газовой фазы дискретизируют-
ся методом контрольного объема и численно решаются алгоритмом типа
SIMPLER [11], а обыкновенные дифференциальные уравнения для дискретной
(капельной) фазы интегрируются методом Рунге — Кутты. Программный ком-
плекс применяется для численного моделирования детальной структуры рабо-
чего процесса в модельных и натурных камерах сгорания, имеющих смеситель-
ные элементы разнообразных типов и работающих на различных компонентах
топлива [10, 12–16]. Достоверность результатов численного моделирования
подтверждена сопоставлениями с экспериментальными данными для модель-
ных и натурных камер сгорания [10, 12].
Цель работы — моделирование рабочего процесса в камере сгорания кисло-
родно-керосинового ЖРД со струйно-центробежными форсунками и исследование
особенностей, обусловленных установкой антипульсационных перегородок.
Рассмотрим результаты исследований для камеры сгорания, работающей на
компонентах топлива кислород+керосин по схеме с дожиганием окислительно-
го генераторного газа при давлении 150 бар (15 МПа). На смесительной головке
камеры используются соосные двухкомпонентные струйно-центробежные фор-
сунки внутреннего смешения с заглубленным центральным каналом генератор-
ного газа. Форсунки такого типа используются в современных отечественных и
зарубежных двигателях. Схема размещения форсунок приведена на рис. 1. Ось
X
расположена в продольном направлении (перпендикулярно днищу форсу-
ночной головки), ось
Y
— в поперечном направлении (перпендикулярно боко-
вой стенке камеры), а ось
Z
— в тангенциальном направлении (параллельно
днищу форсуночной головки и боковой стенке). Значение
х
= 0 соответствует
плоскости огневого днища форсуночной головки, а значение
y
= 38 мм — боко-
вой стенке камеры сгорания.
Рассмотрены два варианта камер сгорания с одинаковыми схемами располо-
жения форсунок: 1) камеры без перегородок (рис. 1,
а
), 2) на форсуночном днище
камеры в плоскости
XY
установлены тонкие перегородки (рис. 1,
б
) длиной
L
пер
~ 15 мм (в направлении
X
), разделяющие начальный участок камеры на блоки,
содержащие 12 форсунок (четыре в тангенциальном направлении
Z
и три в попе-
речном направлении
Y
). При выбранной схеме расположения форсунок течение в
камере сгорания без перегородок имеет периодическую структуру по направлению
Z
с шагом, равным расстоянию между форсунками
z
ф
. Однако при установке пе-
регородок этот период увеличивается до 4
z
ф
. Для удобства сопоставления резуль-
татов в обоих вариантах периодическое граничное условие ставилось на интервале
4
z
ф
и соответствующие сечения располагались посредине между форсунками,
т. е. Ф
(
z
= 0)
= Ф
(
z
= 52 мм)
, где Ф — любой параметр потока. Эти сечения также совпа-
дают с плоскостями установки перегородок, на поверхностях которых для задания
граничных условий использовались функции стенки.