Анализ особенностей рабочего процесса в камерах сгорания ЖРД со струйно-центробежными и центробежно-центробежными форсунками

Выполнены расчетные исследования и проведен сравнительный анализ особенностей процессов течения, смесеобразования и горения топлива в модельных многофорсуночных камерах сгорания с помощью методов численного моделирования, разработанных в ГНЦ "Центр Келдыша". Приведены результаты исследований особенностей рабочего процесса в модельной многофорсуночной камере сгорания с регулярным расположением соосных двухкомпонентных смесительных элементов. Рассмотрены смесительные элементы двух типов: струйно-центробежные и центробежно-центробежные. Показано, что использование центробежно-центробежных форсунок приводит к существенной активизации процессов смешения и выгорания топлива в ядре потока, что в значительной степени связано с повышенной генерацией турбулентности и сильной деформацией струй в поперечном направлении.

Литература

[1] Borghi R., Lacas F. Modeling of Liquid-Propellant Spray Combustion in Rocket Engine Combustion // 2nd International Symposium on Liquid Rocket Propulsion. ONERA-Chatillon, France, June 19-21, 1995. Р 7-1-7-26.

[2] Yang V., Lafon P. et al. Liquid Propellant Droplet Vaporization and Combustion // 2nd International Symposium on Liquid Rocket Propulsion. ONERA-Chatillon, France, June 19-21, 1995. Р 8-1-8-16.

[3] Chen C.P., Chen Y.S. et al. Modeling of Turbulent Mixing in Liquid-Propellant Spray // 2nd International Symposium on Liquid Rocket Propulsion. ONERA-Chatillon, France, June 19-21, 1995. Р 7-1-7-26.

[4] Gutheil E., Schlots D. et al. Numerical Approaches to Spray Combustion // 4th Symposium on Liquid Space Propulsion. DLR/Lmp, Germany, March 13-15, 2000.

[5] Tucker P.K., Shee W. et al. A Global Optimization Methodology for GO2/GH2 Single Element Injector Design // 4th Symposium on Liquid Space Propulsion. DLR/Lmp, Germany, March 13-15, 2000.

[6] Новиков А.В., Ягодников Д.А., Буркальцев В.А., Лапицкий В.И. Математическая модель и расчет характеристик рабочего процесса в камере сгорания ЖРД малой тяги на компонентах топлива метан-кислород // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2004. Спец. вып. "Теория и практика современного ракетного двигателестроения". C. 8-17.

[7] Kalmykov G.P., Larionov A.A., Sidlerov D.A., Yanchilin L.A. Numerical simulation and investigation of working process features in high-duty combustion chambers // Journal of engineering thermophysics. 2008. Vol. 17. No. 3. P. 196-217.

[8] Magnussen B.F., Hjertager B.H. On Mathematical Modeling of Turbulent Combustion with Special Emphasis on Soot Formation and Combustion // 16th Symp. (Int.) on Combustion, The Combustion Institute, 1976. 719p.

[9] Gosman A.D., Ioannides E. Aspects of Computer Simulations of Liquid-Fuelled Combustors // AIAA. 1981. 81 p.

[10] Mostafa A.A., Mongia H.C. On the Turbulence-Particles Interaction in Turbulent Two-Phase Flows // AIAA. 1986. Paper no. AIAA-86-0215.

[11] Khalil E.E., Spalding D.B., Whitelaw J.H. The Calculation of Local Flow Properties in Two-Dimensional Furnaces // Int. J. Heat Mass Transfer. 1975. Vol. 18. №. 16. Р 775-791.

[12] Патанкар С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости. М.: Энергоатомиздат, 1984. 148 с.

[13] Van-Doormaal J.P., Raithby G.D. Enhancements of the SIMPLE Method for Predicting Incompressible Fluid Flows // Numerical Heat Transfer. 1984. Vol. 67. Р. 147-163.

[14] Patankar S.V. Recent Developments in Computational Heat Transfer // J. of Heat Transfer. 1988. Vol. 110, iss. 4b. 1037 p.

[15] Karki K.C., Mongia H.C. Recent Developments in Computational Combustion Dynamics // AIAA. 1989. Paper no. AIAA-89-2808.

[16] Kalmykov G.P., Larionov A.A., Sidlerov D.A., Yanchilin L.A. Numerical simulation of operational processes in the combustion chamber and gas generator of oxygen-methane liquid rocket engine. EUCASS book Progress in Propulsion Physics, TORUS PRESS, 2009.

[17] Мосолов С.В., Сидлеров Д.А., Пономарев А.А., Смирнов Ю.Л. Расчетное исследование особенностей рабочего процесса в камерах сгорания ЖРД, работающих на топливе кислород + углеводороды // Труды МАИ. 2012. № 58.

[18] Мосолов С.В., Сидлеров Д.А., Пономарев А.А. Сравнительный анализ особенностей рабочего процесса в камерах сгорания ЖРД со струйно-струйными и струйно-центробежными форсунками на основе численного моделирования // Труды МАИ. 2012. № 59.

[19] Сидлеров Д.А., Пономарев А.А. Численное моделирование режимов испарения и горения капельных струй топлива в камерах сгорания жидкостных ракетных двигателей // Труды МАИ. 2014. № 77.