Расчетно-теоретическое исследование характеристик течения двухфазного потока в пескоструйном аппарате
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.
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.
Авторы, публикующие статьи в журнале «Вектор науки Тольяттинского государственного университета», соглашаются на следующее:
1. Автор, направляя рукопись в редакцию журнала «Вектор науки Тольяттинского государственного университета», соглашается с тем, что Редакции переходят исключительные имущественные права на использование статьи (переданного в редакцию журнала материала, в т. ч. такие охраняемые объекты авторского права, как рисунки, схемы, таблицы и т. п.), в том числе на воспроизведение в печати и в сети Интернет; на распространение; на перевод материалов на английский язык.
2. Автор гарантирует наличие у него исключительных прав на использование переданного редакции материала. В случае нарушения данной гарантии и предъявления в связи с этим претензий к Редакции Автор самостоятельно и за свой счет обязуется урегулировать все претензии.
Редакция не несет ответственности перед третьими лицами за нарушение данных Автором гарантий.
3. За Автором сохраняется право использования его опубликованного материала, его фрагментов и частей в личных, в том числе научных, преподавательских, целях. Перепечатка материалов, опубликованных в журнале, другими физическими и юридическими лицами возможна только с письменного согласия Редакции, с обязательным указанием номера журнала (года издания), в котором был опубликован материал.
