Моисеева К.М. Крайнов А.Ю.
Математическое моделирование сопряженной задачи горения смесевого металлизированного твердого топлива с учетом газодинамических эффектов
Reporter: Моисеева К.М.
Доклад посвящен моделированию горения металлизированного смесевого твердого топлива (МСТТ).
Математическая модель строится при следующих предположениях: При горении МСТТ под поверхностью топлива имеется прогретый слой, в котором происходит полуразложение перхлората аммония (ПХА) до газообразных продуктов, которые оттекают от поверхности твердого топлива. С поверхности твердого топлива испаряется горючая связка. Частицы алюминия выходят на поверхность топлива в расплавленном состоянии, частично агломерируют друг с другом и выносятся в газовую фазу. Над поверхностью топлива происходит перемешивание и реагирование паров связки и полупродуктов разложения ПХА, скорость реакции зависит от температуры по закону Аррениуса. Горячий газ прогревает агломераты алюминия, которые начинают реагировать с окислителем газовой фазы. Скорость горения частиц описывается экспериментальным законом [2]. Система уравнений математической модели состоит из уравнений теплопроводности и полуразложения ПХА, записанных для твердого топлива. Над поверхностью топлива процессы описываются уравнениями механики двухфазных реагирующих сред, и состоят из уравнений сохранения массы, импульса и энергии газа и частиц, уравнений баланса массы окислителя в газе, числа частиц в единице объема и уравнения состояния газа. Метод решения системы уравнений описан в [2].
Значения формально-кинетических параметров реакции в газовой фазе выбраны такие, чтобы скорость горения смесевого твердого топлива без порошка алюминия при давлении над поверхностью топлива 100 атмосфер составляла 8 мм/с, конечная температура продуктов 2900 К. Теплота сгорания частиц алюминия подобрана таким образом, чтобы конечная температура сгорания МСТТ, состоящего по массе из 70% окислителя и 20% порошка алюминия, равнялась 3700 К. Прочие теплофизические параметры МСТТ взяты из [3].
Путем численного моделирования получены зависимости линейной скорости горения металлизированного смесевого твердого топлива от давления в окружающей среде при различных значениях размера частиц алюминия, выходящих с поверхности металлизированного смесевого твердого топлива. С увеличением давления скорость горения увеличивается. С увеличением размера частиц алюминия скорость горения уменьшается. Для крупных частиц скорость горения зависит только от давления окружающей среды и слабо зависит от радиуса частиц.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Российского научного фонда (проект № 19-79-10054).
Список литературы.
1. Порязов В. А., Крайнов А. Ю. Численное моделирование погасания пороха Н при резком сбросе давления на основе сопряженной модели горения // Физика горения и взрыва. 2015. Т. 51, № 6. С. 47–52.
2. Моисеева К. М., Крайнов А. Ю., Дементьев А. А. Определение критических условий искрового зажигания бидисперсного порошка алюминия в воздухе // Физика горения и взрыва. 2019. Т. 55, № 4. С. 26–33.
3. Krainov A., Poryazov V., Krainov D. Numerical simulation of the unsteady combustion of solid rocket propellants at a harmonic pressure change // Journal of Mechanical Science and Technology, 2020, 34 (1), Р. 489-497.
To reports list