ИСТИНА

Для повышения энергетики сгорания топлива в двигательных установках в жидкое горючее часто добавляют высокоэнергетические твердые компоненты, например мелкодисперсный алюминий или бор. Процессы впрыска, испарения, воспламенения и горения капельно-конденсированных струй в газообразной атмосфере камеры сгорания являются основополагающим и при работе многих технических устройств. При этом процессы диспергирования, воспламенения и горения таких топлив существенно отличаются от горения классических жидких струй. Горение жидкости происходит в газофазном режиме, в то время как при окислении металлов преобладает гетерогенная реакция на поверхности. В процессе же диспергирования в силу капиллярных эффектов твердые и жидкие компоненты горючего оказываются связанными в конгломераты – «двухфазные капли». Установлено, что для капель малого размера существенную роль при их взаимодействии с газом и испарении играют неравновесные эффекты. Также важны эффекты влияния коллектива капель на динамику движения и испарения отдельной капли. Целью проекта является разработка математической и вычислительной модели исследования динамики впрыска, испарения, воспламенения и горения двухфазных капельных струй при впрыске в камеру сгорания. При этом будут рассмотрены особенности впрыска, диспергирования и горения жидкого горючего, содержащего твердые частицы металлов, в газообразном окислителе.

To enhance the energy of combustion of the fuel for propulsion in a liquid fuel there often add high-energy solid components, such as finely dispersed aluminum or boron. The processes of injection, evaporation, ignition and burning of condensed jets in a gaseous atmosphere of the combustion chamber are fdeterminative for many technical devices. The processes of dispersion, ignition and burning of such fuels differ significantly from combustion of classical liquid jets. Burning of fluid takes place in gas-phase mode, while the oxidation of metals is dominated by heterogeneous reaction on the surface. In the process of dispersing the capillary effects make the solid and liquid components of the fuel assemble into conglomerates – "the two-phase droplets." It was found that for droplets of small size a significant role in their interaction with the gas and evaporation play a non-equilibrium effects. Also important are the effects of the collective droplets on the dynamics of the movement and evaporation of individual droplets. The aim of the project is to develop a mathematical and computational model studies of the dynamics of the injection, evaporation, ignition and combustion of two-phase droplet streams injected into the combustion chamber. This will address the features of injection, dispersion and combustion of liquid fuel containing solid particles of metal, in a gaseous oxidant.

Целью проекта является разработка математической и вычислительной модели и исследования особенности динамики впрыска, диспергирования и горения жидкого горючего, содержащего твердые частицы металлов в потоке газообразного окислителя. Результаты проекта, на наш взгляд, должны внести существенный вклад в развитие науки о горении полидисперсных многокомпонентных смесей. Целью данного проекта будет создание адекватных физической и математической моделей, позволяющих учесть эффект влияния многофракционности горючего (жидкий углеводород + твердый дисперсный металл) на условия зажигания и режимы распространения горения полидисперсных неоднородных смесей, и с использованием этой модели изучение влияние объемной концентрации и состава смеси на зажигание и горение, а также определение пределов применимости существующих моделей. Таким образом, ожидаемые результаты должны превосходить существующий мировой уровень моделирования рассматриваемых процессов. Практическую значимость проекта также трудно переоценить. В настоящее время с целью повышения энергетики сгорания жидких углеводородных горючих в них добавляют порошки металлов. Совместное диспергирование приводит к образованию агломератов, особенности горения которых мало изучены. При этом газовая динамика турбулентного течения в камере оказывает существенное влияние на процессы горения и зажигания. Поэтому постановка комплексной задачи математического моделирования горения полидисперсных многофракционных с месей сложного состава является актуальной.

Можно выделить следующие наиболее важные результаты, полученные коллективом, которые найдут применение в данном проекте: - Создана численная модель для описания динамики турбулентного горения смесей газа с полидисперсными частицами. Модель учитывает термическое разрушение частиц, химические процессы в газовой фазе и гетерогенные реакции окисления на поверхности частиц как в диффузионном, так и в кинетическом режимах. Модель проверялась сравнением с независимыми экспериментами и позволяет определить особенности турбулентного горения полидисперсных смесей. - Разработаны подходы для учета в рамках численной модели разрушения капель жидкости в турбулентном потоке газа и образования полидисперсного облака фрагментов. - Учет влияния функции распределения капель по размерам на переход горения в детонацию в полидисперсных смесях показал, что преобладание крупной фракции при одинаковой объемной концентрации горючего приводит к увеличению предетонационного времени. В то же время, предетонационные времена для случаев равномерного распределения капель по размерам в некотором диапазоне параметров практически совпадают со временами перехода горения в детонацию для монодисперсной смеси, характеризующейся средним размером капель. - Исследовано влияние на зажигание и горение разреженных полидисперсных смесей неравномерности распределения конденсированной фазы. - Составлены модели, учитывающие конечное содержание частиц диспергированной фазы и их взаимовлияние как непосредственное, так и в основном опосредованное через несущую фазу. - Решены задачи о горении капель жидкого горючего в атмосфере газообразного окислителя, а также задачи об испарении жидкого окислителя в атмосфере газообразного горючего. - Проведено обобщение метода Шваба–Зельдовича на решение задач неравновесного испарения и горения капель при наличии нескольких поверхностей диффузионного пламени.