Курсова робота
З дисципліни: «Комп'ютерні технології моделювання процесів і проектування технічних пристроїв»
Тема: Вплив теплообміну в тракті газовода закритою схеми ЖРД на параметри потоку перед форсуночного головкою камери згоряння
Введення
Мета роботи: Виконати розрахунок газодинамічних параметрів в тракті газовода при різних значеннях среднерасходной швидкості потоку. Виявити вплив теплообміну на профіль швидкості і розподіл тиску перед газорозподільної гратами і форсунковим блоком.
Конфігурація тракту подачі генераторного газу в камеру згоряння РРД зважаючи загальної компоновки неможливо виконати прямим. Виходячи з цього з'являється необхідність вирівнювання параметрів потоку перед змішувальної головкою для найкращої організації процесів змішування і згоряння компонентів палива в камері згоряння. В якості засобів вирівнювання параметрів потоку перед змішувальної головкою застосовуються прямі і опуклі газорозподільні решітки з характерними конструктивними рішеннями, що забезпечують стійкість робочих процесів. Як правило, газорозподільні решітки дозволяють отримати задовільний розподіл полів тиску і швидкостей перед змішувальної голівкою.
Об'єкт дослідження. Геометричні розміри модельованої схеми робочого тракту наведені на рис.1.
Малюнок 1 - Креслення газогенератора в Компас - 3D
Для порівняння була побудована модель прямого тракту газовода, тому вона матиме симетричне розподіл параметрів, як найбільш бажане (рис.2).
Малюнок 2 - Геометрія для Імпотр в сітковий генератор Gambit
Далі геометрія була імпортована в сітковий генератор Gambit.
Створення розрахункової сітки для області решенія.Процесс накладення розрахункової сітки здійснювався в сітковому генераторі Gambit. При побудові розрахункової сітки в Gambit використовувалися двовимірні типи елементів: трикутники.
Модель з накладеною сіткою прдеставлена ??на рис.3.
Малюнок 3 - Модель з накладеною сіткою
Сітка накладалася зі змінним кроком, що видно на рис.4 і рис.5.
Малюнок 4 - Зона між блоком форсунок і випрямляє гратами
Малюнок 5 - Зона до випрямляє решітки
Число осередків склало 140794, вузлів 71514. Максимальний перекіс осередку склав 0.8059, що вкладається в рекомендований діапазон (рис.6).
Малюнок 6 - Осередок з максимальним перекосом
Розрахунок газодинамічних параметрів
Розрахунок здійснювався в універсальній програмній системі кінцево-елементного аналізу - ANSYS FLUENT V13. В якості граничних умов на вході в газоводи задавалася швидкість (V=1м/с, V=10 м/с, V=20 м/с, V=30 м/с). Моделювався процес теплообміну зі стінкою. Тепло відводилося через стінки 2 і третій зовнішньої стінки, підведення здійснювався через стінки 2 і 3 (рис.7)
Малюнок 7 - Стінки підведення і знімання тепла
При відвід тепла температура газів на вході становила 800К а температура стінок 300К. При підведенні тепла температура газу складали на вході 300К, стінки 800К. Результати порівнювалися з потоком без підведення тепла і з прямим газогенератором (Рис.8).
Порівняння значень швидкості і статичного тиску проводився в перетинах x=0.35 і x=0.5 (Рис.9).
Малюнок 8 - Перетини
Результати розрахунку для среднерасходной швидкості 1 м/с
Параметри потоку на вході:
Витрата газу 0.1194кг/с
Температура 800 К
Среднерасходная швидкість 1м/с
Щільність 0.444 кг/м3
Динамічна в'язкість 0.22132Па
Коефіцієнт тепловіддачі від газу до стінки 1.291 Вт/м * К
Число Нуссельта 13.34
Число Рейнольдса 6175.3
Число Прандтля 0.213
Кількість Стантона 0.0102
Модель тракту газовода: прямий тракт без теплообміну. На рис.10 зображена візуалізація швидкості уздовж осі.
Малюнок 9 - Візуалізація розподілу швидкості в прямому тракті газовода V=1m/s
З рис.10 видно розподіл швидкості потоку уздовж осі, по висоті каналу. У перетин х=0.5 спостерігається спотворення профілю швидкості, обумовлене впливом газорозподільної решітки вгору по потоку. У перетин х=0.35 спостерігається різкий стрибок швидкості в координатах від х=- 0.025 до координати х=0.025, що обумовлено геометрією газорозподільної решітки. Можливо, вдалося б уникнути даного стрибка швидкості, створивши в середині решітки додатковий отвір. Розподіл тиску досить рівне, відхилення від середнього становить близько 2%.
Малюнок 10 - Розподіл швидкості і ти...
