Моделирование двухфазного течения в газодинамическом тракте энергоустановки

Автор: Дмитрий - Ларкин

Соавторы: Еремин Иван Владимирович

Организация: Томский государственный университет

В настоящее время значительная часть исследований двухфазных процессов в энергоустановках ограничена рассмотрением отдельных элементов газодинамического тракта, таких как камеры сгорания или сопловые блоки. Работы, посвященные сквозному моделированию двухфазных течений во всем тракте, остаются немногочисленными. Актуальность разработки методик сквозного расчета обусловлена тем, что при исследовании течений в соплах, входные данные (функция распределения к-фазы, скоростное и температурное отставание и т.д.) существенно зависят от течения в камере сгорания [1].

В настоящей работе разработана квазиодномерная методика моделирования нестационарного течения двухфазной среды. В качестве несущей фазы рассматривается невязкий сжимаемый идеальный газ, а дисперсная фаза представлена сферическими каплями. Взаимодействие между фазами, включающее обмен массой, импульсом и энергией, учитывается через источниковые члены. Изменение размера капель конденсированной фазы описывается уравнением их горения [2]. При численном интегрировании уравнений газовой фазы используется схема Маккормака второго порядка точности, а для уравнений конденсированной фазы применяется неявная схема.

На основе разработанной методики проведены расчеты нестационарного течения двухфазной среды в газодинамическом тракте модельной энергоустановки. На рисунке (а) представлена зависимость полноты сгорания агломератов алюминия φ от начального диаметра (d = 50, 100 и 200 мкм) при вводе в поток в сечении x/R_мин = -20. Видно, что с увеличением начального диаметра, полнота сгорания существенно снижается. На рисунке (б) показано влияние места ввода капель диаметром 200 мкм на процесс их горения вдоль канала. Отмечается, что полнота сгорания зависит от сечения, через которое агломерат алюминия попадает в поток, что согласуется с теоретическими данными по времени пребывания капель в газодинамическом тракте.

а) 1 – d = 50 мкм, 2 – d = 100 мкм, 3 – d = 200 мкм

б) 1 – x/R_мин = -26, 2 – x/R_мин = -20, 3 – x/R_мин = -14

Рис. Зависимость коэффициента полноты сгорания агломератов алюминия при их движении вдоль газодинамического тракта

Работа выполнена в рамках государственного задания Минобрнауки России, проект № FSWM-2025-0004.

1. Ларкин Д.О., Еремин И.В. Исследование двухфазного течения в соплах РДТТ // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2025. № 98. С. 108–119.

2. Вилюнов В.Н., Ворожцов А.Б., Фещенко Ю.В. Моделирование двухфазного течения смеси газа с горящими частицами металла в полузамкнутом канале // Физика горения и взрыва. 1989. Т. 25. № 3. С. 39–43.