Расчетно-теоретическое исследование характеристик течения двухфазного потока в пескоструйном аппарате

  • Горелов Николай Дмитриевич Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана https://orcid.org/0000-0001-6761-8874
  • Попов Всеволод Валериевич Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана https://orcid.org/0000-0001-6409-4294
  • Берников Владимир Владиславович Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана https://orcid.org/0000-0001-8116-9657
Ключевые слова: термоабразивная обработка, пескоструйный аппарат, сверхзвуковой эжектор, двухфазный поток, метод конечных объемов

Аннотация

В статье рассматривается возможность конверсионного применения ракетной установки как пескоструйного аппарата для термоабразивной обработки. Получение более высоких итоговых характеристик обрабатываемой поверхности достигается путем воздействия на объект высокотемпературного двухфазного потока, разгоняемого в цилиндрической части сопла установки. Эжекторная подача сыпучего абразива обусловливает относительную простоту конструкции аппарата. Обоснование эффективности устройства подобного рода проведено посредством моделирования газодинамического процесса в программном комплексе вычислительной гидрогазодинамики, расчеты которого базируются на системе уравнений, включающей ключевые параметры как транспортирующего газа, так и частиц твердой фазы. В моделировании процесса учитывается влияние геометрических и режимных особенностей, соответствующих реальной установке-прототипу. При дальнейшем анализе исследуется влияние различных граничных условий на сверхзвуковой двухфазный поток для определения оптимального режима. Учитывается взаимное влияние газового потока и твердых частиц абразива, начиная от сечения подачи порошка и заканчивая выходным сечением сопла. Приведено сравнение полей температуры и давления в зависимости от входных значений, а также основывающиеся на этих значениях поля скоростей рабочего тела. Отдельно проведен анализ зависимости скорости движения твердых частиц от координаты при различных начальных данных температуры и давления. Особенное внимание уделяется рассмотрению степени влияния размера частиц k-фазы на скоростные показатели. В процессе исследования выявлены ключевые способы регулирования установки для достижения заданных режимных параметров. В заключение приводятся выводы об эффективности и конкурентоспособности исследуемого метода термоабразивной обработки.

Биографии авторов

Горелов Николай Дмитриевич, Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана

студент кафедры «Ракетные двигатели»

Попов Всеволод Валериевич, Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана

студент кафедры «Ракетные двигатели»

Берников Владимир Владиславович, Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана

инженер Научно-исследовательского института энергетического машиностроения

Литература

Ягодников Д.А., Александренков В.П., Власов Ю.Н. Актуальные проблемы ракетного двигателестроения. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017. 295 с.

Цегельский В.Г. К теории газовых эжекторов с цилиндрической и конической камерами смешения // Известия вузов. Машиностроение. 2012. № 2. С. 46–71.

Цегельский В.Г., Акимов М.В., Сафаргалиев Т.Д. Экспериментально-теоретическое исследование режимов работы сверхзвуковых газовых эжекторов с цилиндрической и конической камерами смешения // Известия вузов. Машиностроение. 2012. № 3. С. 48–58.

Цегельский В.Г. Струйные аппараты. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017. 573 с.

Лепешинский И.А., Решетников В.А., Заранкевич И.А. Численное моделирование и экспериментальное исследование жидкостно-газового двухфазного эжектора со сверхзвуковым профилированным соплом // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. 2017. Т. 16. № 2. С. 164–171.

Zhu Y., Cai W., Wen C., Li Y. Numerical investigation of geometry parameters for design of high performance ejectors // Applied Thermal Engineering. 2009. Vol. 29. № 5-6. P. 898–905.

Kim S., Kwon S. Experimental determination of geometric parameters for an annular injection type supersonic ejector // Journal of Fluids Engineering. 2006. Vol. 128. № 6. P. 1164–1171.

Vojta L., Dvorak V. Measurement and calculating of supersonic ejectors // EPJ Web of Conferences. 2019. Vol. 213. P. 1–7.

Dandani M., Lepiller V., Abderrahmane G., Désévaux P. Numerical Visualizations of Mixing Enhancement in a 2D Supersonic Ejector // Fluid Dynamics and Materials Processing. 2018. Vol. 14. № 1. P. 23–37.

Минязев Д.В. Абразивные материалы для пескоструйной обработки // Наука и образование сегодня. 2017. № 6. С. 30–34.

Chung T.J. Computational Fluid Dynamics. 2nd ed. Cambridge University Press, 2010. 1058 p.

Blazek J. Computational Fluid Dynamics: Principles and Applications. 3rd ed. Elsevier, 2015. 451 p.

Schlichting Н. Boundary Layer Theory. 7th ed. New York: McGraw-Hill, 1979. 817 p.

White F.M. Viscous Fluid Flow. New York: McGraw-Hill, 1991. 614 p.

Vinokur М. Conservation Equations of Gas Dynamics in Curvilinear Coordinate Systems // Journal of Computational Physics. 1974. Vol. 14. P. 105–125.

Bussing Т.R.А., Murman Е.М. Finite-Volume Method for the Calculation of Compressible Chemically Reacting Flows // AIAA Journal. 1988. Vol. 26. P. 1070–1078.

Liepmann H.W., Roshko А. Elements of Gas Dynamics. New York: John Wiley & Sons, 1957. 460 p.

Hunter C.A. Experimental investigation of separated nozzle flows // Journal of propulsion and power. 2004. Vol. 20. № 3. P. 527–532.

Morsi S.A., Alexander A.J. An investigation of Particle Trajectories in Two-Phase Flow Systems // Journal of Fluid Mechanics. 1972. Vol. 55. № 2. P. 193–208.

Bardina J.E., Huang P.G., Coakley T.J. Turbulence Modeling Validation, Testing, and Development. Washington: Ames Research Center, 1997. 87 p.

Опубликован
2020-06-27
Выпуск
Раздел
Технические науки