Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.
Повышение эффективности рабочего процесса в сверхзвуковой камере сгорания (СКС) имеет высокий практический интерес [1]. Организация сгорания топлива в сверхзвуковом воздушном потоке с высокой полнотой сгорания ограничена малым временем пребывания рабочего тела в СКС [2]. При этом снижение скорости потока приводит к падению полного давления на выходе из СКС. В открытых литературных источниках предложено большое количество способов организации рабочего процесса [3, 4], одним из которых является специальным образом организованная система косых скачков уплотнения. Указанный способ организации рабочего процесса в СКС позволяет оптимизировать параметры тракта с целью увеличения полноты сгорания и снижения потерь полного давления.
Объектом исследования выбрана СКС прямоугольного сечения, включающая секцию постоянного сечения и секцию с расширением. Длина СКС составляет 300 мм, высота входного сечения — 24 мм, ширина камеры постоянна и составляет 40 мм. Длина первой секции составляет 80 мм, расширение второй секции происходит за счет расположения верхней стенки под углом 3 °. Подача жидкого водорода осуществляется через точечный источник, расположенный на высоте 12 мм от нижней стенки на расстоянии 95 мм от входного сечения. В качестве генераторов косого скачка уплотнения (далее по тексту Генераторы) используются клинообразные выступы высотой 1 мм и углом 30 ° относительно нижней стенки СКС.
Задача решалась в плоской двухмерной постановке. Течение в СКС описывалось с помощью полной системы уравнений Навье — Стокса, состав воздуха соответствовал модельному и описывался как смесь газов O2, N2 и H2O, каждый из которых считался идеальным газом. Для описания вязкости газа использовался закон Сазерленда.
Параметры модельного воздуха на входе задавались следующими: число Маха M = 2,05, статическое давление p = 341 кПа, статическая температура T = 1172 K, концентрации газов CO2 = 0,21, CN2 = 0,53 и CH2O = 0,26. Жидкий водород подавался вдоль нижней стенки СКС со скоростью V = 700 м/с при значении статической температуры T = 300 K. Соотношение массовых расходов модельного воздуха и водорода соответствовало коэффициенту избытка окислителя .
При проведении параметрического исследования выполнен ряд расчетов с варьированием положения Генераторов. В качестве базового взят расчет рабочего процесса в СКС без Генераторов. В последующих расчетах число и положение (на верхней и нижних стенках СКС) Генераторов варьировалось. Оценка эффективности организации рабочего процесса в СКС проводилась по следующим параметрам: полнота сгорания топлива и коэффициент восстановления полного давления в СКС.
По результатам исследования выявлены следующие закономерности. Увеличение количества Генераторов по длине СКС приводит к увеличению полноты сгорания и снижению коэффициента восстановления полного давления. Расположение Генераторов на обеих стенках позволяет добиться значительного повышения полноты сгорания (от 0,14 до 0,63). При этом эффективность Генераторов снижается при совпадении и слиянии косых скачков уплотнения от различных Генераторов, в то время как коэффициент восстановления полного давления продолжает снижаться.
Результаты проведенного исследования показывают различное влияние генераторов косых скачков уплотнения на рабочий процесс и интегральные характеристики сверхзвуковой камеры сгорания. Для повышения полноты сгорания топлива эффективным оказывается использование Генераторов на верхней и нижней стенках СКС в нескольких сечениях по длине. При этом выявлено увеличение потерь полного давления по длине тракта СКС. С использованием результатов расчета приведены рекомендации к проектированию проточного тракта сверхзвуковой камеры сгорания.
