Моделирование режимов работы низкотемпературного газогенератора

Валерий Владимирович Кириллов

Аннотация


Низкотемпературный газогенератор (НТГГ) предназначен для получения газа с температурой 350...450 К. Он состоит из двух основных частей – камеры сгорания с зарядом твёрдого топлива и камеры охлаждения с гранулами твёрдого охладителя. Продукты сгорания твёрдого топлива имеют высокую температуру, что не позволяет использовать их в целом ряде технических устройств. Охлаждение газа происходит в результате его взаимодействия с гранулами твёрдого охладителя, на термическое разложение которого расходуется часть внутренней энергии газа. Для описания процессов тепло- и массообмена в НТГГ разработана математическая модель на основе одномерных уравнений неразрывности, импульса, энергии, баланса массы компонентов газовой смеси. Газовая смесь состоит из продуктов сгорания твёрдого топлива, продуктов разложения охладителя и воздуха. Математическая модель учитывает воспламенение и горение топлива, течение газовой смеси в НТГГ, теплообмен с элементами конструкции НТГГ и кинетику разложения гранул охладителя. Для реализации математической модели разработан численный метод решения краевой задачи на основе метода конечных разностей. Система уравнений аппроксимирована неявными разностными схемами. Для решения нелинейных разностных уравнений применён метод Ньютона. Краевая задача решалась ортогональной прогонкой. Результаты расчётов сравнены с экспериментальными данными. Выяснено влияние конструктивных и режимных параметров на изменение температуры, давления, расхода, скорости разложения охладителя.

Ключевые слова


низкотемпературный газогенератор; математическая модель; численный метод

Полный текст:

PDF

Литература


Karpov A.I., Lesthev A.Y., Lipanov A.M., Lesthev G.A. Production of the Fire Extinguishing Mixture by Solid Propellant Propulsion. Journal of less prevention in the process industries, 2013, vol. 26, pp. 338–343. DOI: 10.1016/j.jlp.2011.10.007

Srinivasan R., Raghunandan B.N. Experiments on Thermal Response of Low Aspect Ratio Packed Beds at High Reynolds Numbers with Varying Inflow Temperatures. Experimental thermal and fluid science, 2012, vol. 44, pp. 323–333. DOI:10.1016/j.expthermflusci.2012.07.004

Krishnan S., Rajesh K.K. Experimental Investigation of Erosive Burning of Composite Propellants Under Supersonic Crossflows. International Journal of Energetic Materials and Chemical Propulsion, 2002, vol. 5, iss. 1–6, pp. 316–325. DOI: 10.1615/IntJEnergeticMaterialsChemProp.v5.i1-6.340

Cheng H.G., Zhou J.S., Wang T.B., Dong C.G. The Design and Numerical Simulation Study of Gas Generator Sealing Device. Proceedings of the third international conference on mechanical engineering and mechanics, 2009, vol. 1, 2, рр. 1213–1217.

Yang S., He G.Q., LiuY., Li J. Thurbochaged Solid Propellant Ramjet for actical Missile. Mechanical engineering and materials, 2012, vol. 152–154, pp. 204–209.

Hong M. Experimental Correction of Combustion Gas Properties of AN-based Composite Solid Propellant Used for Turbo-Pump Starter. Aerospace science and technology, 2012, vol. 16, pp. 56–60.

DOI:10.1016/j.ast.2011.03.001

Oserov A., Natan B., Gany A. Analytical Modelling of the Gas Generator Frequency Response in Hybtid Rocket Boosters. ACTA Astronautics, 1886, vol. 39, no. 8, pp. 589–598.

Kim A., Crampton G. Explosion Suppression with Hybrid Gas Generator System. Progress in safety science and technology, 2008, vol. 7, pp. 891–895.

Hong G.C., Murugesan S., Kim S., Beacage G., Choi G., Ahn C.H. A Functional On-Clip Pressure Generator Using Solod Chemical Propellant Lab-on-a-chip. Lab on a Chip, 2003, vol. 3, pp. 281–286.

Engelen K., Lefebvre M.H., De Ruyek J. Chemical Formulation of Solod Propellant for Specific Gas Generators. Twenty-Fourth international pyrotechnics seminar, 1998, pp. 203–216.

Vaulin S.D., Kalinkin A.M., Kovin S.G., Mariash V.I., Simonov E.A., Feofilaktov V.I. Nizkotemperaturnye gazogeneratory na tverdom toplive [Low-Temperature Solid Fuel Gas Generator]. Izshevsk, IAM Science, 2006. 236 p.

Aksionenko D.D., Vaulin S.D., Zezin V.G., Kirillov V.V., Mazitov R.Z., Mariash V.I., Savchenkov V.I., Feofilaktov V.I. Teoreticheskoe i eksperimental’noe issledovanie nizkotemperaturnykh gazogeneratorov [Theoretical and Experimental Study of Low-Temperature Gas Generators]. Izshevsk,

IAM Science, 2008. 264 p.

Lipanov A.M., Bobryshev V.P., Aliev A.V., Spiridonov F.F., Lisitsa V.D. Chislenny experiment v teorii RDTT [Calculation Experiment in the RESF Theory]. Ecaterinburg, IAM Science, 1994. 303 p.

Vukalovich M.P., Rivkin S.L., Aleksandrov A.A. Tablitsy teplofizicheskikh svoystv vody i vodyanogo para [Table of the Water and Water Steam Property]. Moscow, 1969. 408 p.

Kirillov V.V. [Settlement and Theoretical Study of the Processes of Heat and Mass Transfer in Low-Temperature Gas Generators]. Khimicheskaya fizika i mezoskopia [Chemistry physics and mesoscopy], 2008, vol. 10, no. 4, pp. 428–435. (in Russ.)

Samarsky A.A., Nikolaev E.S. Metody resheniya setochnykh uravneny [Calculations Methods for Difference Equations]. Moscow, 1978. 601 p.


Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.