Влияние теплообмена в тракте газовода закрытой схемы ЖРД на параметры потока перед форсуночной головкой камеры сгорания, страница 2

Модель с наложенной сеткой прдеставлена на рис.3.

Рисунок 3 Модель с наложенной сеткой

Сетка накладывалась с переменным шагом, что видно на рис.4 и рис.5

Рисунок 4 Зона между блоком форсунок и выпрямляющей решеткой

Рисунок 5 Зона до выпрямляющей решетки

Число ячеек составило 140794, узлов 71514. Максимальный перекос ячейки составил 0.8059, что укладывается в рекомендуемый диапазон.(рис.6)

Рисунок 6Я чейка с максимальным перекосом

Расчет газодинамических параметров.

Расчет осуществлялся в универсальной программной системе конечно-элементного  анализа - ANSYS  FLUENT V13. . В качестве граничных условий на входе в газовод задавалась скорость( V=1м/с, V=10 м/с,V=20 м/с,V=30 м/с). Моделировался процесс теплообмена со стенкой. Тепло отводилось через стенки 2 и 3и наружной стенки, подвод осуществлялся через стенки 2 и 3 (рис.7)

Рисунок 7 Стенки подвода и съема тепла

При Отводе тепла температура газов на входе составляла 800К а температура стенок 300К. При подводе тепла температура газа составляли на входе 300К, стенки 800К. Результаты сравнивались с потоком без подвода тепла и с прямым газогенератором (Рис.8).

Сравнение значений скорости и статического давления производился в сечениях x=0.35 и x=0.5(Рис.9)

Рисунок 8 Сечения       

Результаты расчета для среднерасходной скорости 1 м/с

Параметры потока на входе :

Расход газа 0.1194кг/с

Температура 800 К

Среднерасходная скорость 1м/с

Плотность 0.444 кг/м³

Динамическая вязкость 0.22132Па

Коэффициент теплоотдачи от газа к стенке 1.291 Вт/м*К

Число Нуссельта 13.34

Число Рейнольдса 6175.3

Число Прандтля 0.213

Число Стантона 0.0102

Модель тракта газовода: прямой тракт без теплообмена. На рис.10 изображена визуализация  скорости вдоль оси.

Рисунок 9 Визуализация распределения скорости в прямом тракте газовода V=1m/s

Из рис.10 видно распределение скорости потока вдоль оси, по высоте канала. В сечение х=0.5 наблюдается искажение профиля скорости, обусловленное влиянием газораспределительной решетки вверх по потоку. В сечение х=0.35 наблюдается резкий скачок скорости  в координатах от х=-0.025 до координаты х=0.025 , что обусловлено геометрией газораспределительной решетки. Возможно, удалось бы избежать данного скачка скорости, создав в середине решетки дополнительное отверстие. Распределение давления достаточно ровное, отклонение от среднего составляет около 2%.

Рисунок 10 Распределение скорости и давления по высоте канала V=1m/s

Модель тракта газовода: тракт с поворотом без теплообмена. На рис.11 изображена визуализация  скорости вдоль оси. Наблюдается некоторая неравномерность распределения скорости, что подтверждается на рис.13 на котором изображено распределение скорости по высоте канала в сечении х=0.35 их=0.5.

Рисунок 11 Визуализация распределения скорости в тракте газовода с поворотом V=1m/s

Из рис.12 видно распределение скорости по высоте канала. Есть небольшое несимметричное искажение профиля скорости в сечении х=0.5, порядка 5-7% , которое вызвано поворотом потока. В отличие от прямого канала, профиль более плоский. В сечении х=0.35 асимметрии  профиля не выявлено, это влияние газораспределительной решетки. Резкий скачок скорости выявленный в прямом газогенераторе в координатах от х= -0.025 до х=0.025, здесь сглажен. Распределение давления(рис.15) ровное с отклонением около 2%.

Рисунок 12 Распределение скорости и давления по высоте канала V=1m/s

Модель тракта газовода: тракт с поворотом, охлаждение стенки 2. На рис.13 изображено визуализация распределения скорости по траку газовода. Распределение скорости схоже с трактом газовода без теплообмена.

Рисунок 13 Визуализация распределения скорости в тракте газовода с охлаждением стенки 2 V=1m/s

Из рис.14 видно что характер распределения скорости и статического давления схож с с течением в канале с поворотом без теплообмена.