Численное моделирование процессов взаимодействия в канале детонационного МГД-генератора с Т-слоем

В. В. Деревянко
Диссертация на соискание ученой степени кандидата-физико математических наук по специальности 05.13.18 — «Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ», 2002 г

Скачать

Текст диссертации [pdf, 1,9 Mb, in russian]

Общие сведения о диссертации

Работа выполнена в Институте вычислительного моделирования СО РАН

Научный руководитель: член-корреспондент РАН, профессор В. В. Шайдуров

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор В. М. Ковеня (ИВТ СО РАН)
доктор физико-математических наук, профессор В. И. Яковлев (ИТПМ СО РАН)

Ведущая организация — Красноярский государственный университет, г. Красноярск Защита диссертации состоялась 11 июня 2002 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 003.061.02 при Институте вычислительной математики и математической геофизики СО РАН по адресу: 630090, г.Новосибирск, проспект академика Лаврентьева, 6.

Выдержки из автореферата

Актуальность

Изучение МГД-генераторов с T-слоем поставило к настоящему времени ряд проблем, присущих этому типу преобразователей. Прежде всего, это большие потери на излучение в T-слое, устойчивость T-слоя как плазменного поршня и сложность инициирования T-слоя. Пути преодоления части указанных проблем предлагаются в схеме детонационного МГД-генератора (ДМГДГ), представляющего из себя высокоэнтальпийный МГД-генератор с T-слоем, в котором высокие давления в канале обеспечиваются за счет детонационного режима сгорания газа
Эффект запирания излучения в T-слое при высоком давлении в потоке газа позволяет существенно снизить относительные радиационные потери из T-слоя; наличие зоны хемопроводимости за фронтом детонационной волны упрощает процесс инициирования T-слоя и повышает эффективность вклада энергии на разогрев T-слоя; высокое давление, с одной стороны, позволяет существенно увеличить мощность генератора, с другой, делает более обоснованным применение приближения непроницаемости плазменного поршня, в силу того, что T-слой ведет себя как дуга высокого давления; детонационный режим сгорания газа позволяет получать необходимые высокие давления в канале не за счет внешнего источника энергии (компрессора), а за счет химической энергии топлива. Все это делает схему ДМГДГ весьма перспективной.

Целью настоящей диссертационной работы являлось:

построение вычислительной модели детонационного МГД-генератора с T-слоем;
обоснование с помощью вычислительного эксперимента принципиальной возможности использования T-слоя для преобразовании энергии потока за фронтом детонационной волны;
изучение влияния радиационных характеристик рабочего газа на формирование структуры T-слоя;
численное моделирование работы детонационного МГД-генератора в импульсном режиме;
исследование энергетических характеристик детонационного МГД-генератора и возможности их экспериментальной проверки.

Научная новизна и практическая ценность

Разработана вычислительная модель детонационного МГД-генератора.
Разработан комплекс программ для проведения вычислительных экспериментов.
Показана принципиальная возможность использования T-слоя для преобразования энергии потока за фронтом детонационной волны.
Проведен анализ энергетических характеристик ДМГД-генераторов высокого и низкого давления.
Изучено влияние радиационных характеристик газа на формирование T-слоя в потоке продуктов сгорания за фронтом детонационной волны.
Получены энергетические характеристики ДМГДГ.
Исследовано влияние параметров ДМГДГ на его энергетические характеристики.
Получены количественные оценки величины теплообмена T-слоя с потоком толкающего газа.
Показана возможность использования ДМГДГ в качестве энергетической установки на борту гиперзвукового летательного аппарата.

В диссертации защищаются следующие основные положения.

Вычислительная модель детонационного МГД-генератора.
Результаты вычислительных экспериментов работы ДМГДГ высокого и низкого давления.
Результаты анализа влияния радиационных характеристик потока рабочего газа на формирование T-слоя.
Результаты анализа влияния параметров ДМГДГ на его энергетические характеристики.
Количественные оценки величины теплообмена T-слоя с потоком рабочего газа.
Расчетные данные для экспериментальной проверки вычислительной модели ДМГДГ.

Публикации по теме

Деревянко В. В.
Численное моделирование детонационного МГД-гене-ратора высокого давления // Теплофизика и аэромеханика. — 2001. — Т. 8. — № 3. — С. 495–504.
Деревянко В. А., Деревянко В. В.
Модель денотационного МГД-генератора с Т-слоем // Теплофизика высоких температур. — 2000. — Т. 38. — № 6. — С. 985–990.
Деревянко В. В.
Исследование проницаемости T-слоя в детонационном МГД-генераторе высокого давления // Вычислительные технологии. — 2001. — Т. 6. — Ч. 2. — Спец. выпуск. — С. 265–270.
Деревянко В. В.
Детонационный МГД-генератор как источник электрической энергии и тяги на борту ГЛА // Труды международной конференции «Математические модели и методы их исследования». — Красноярск: ИВМ СО РАН. — 2001. — Т. 1. — С. 220–223.
Деревянко В. В.
Детонационный МГД-генератор // Сборник аннотаций докладов VIII Всерос. съезда по теоретической и прикладной механике. — Пермь. — 2001. — С. 229–230.
Деревянко В. В.
Детонационный МГД-генератор как источник энергии большой мощности на борту гиперзвукового летательного аппарата // Материалы конференции молодых ученых. — Красноярск: КНЦ СО РАН — 2001. — С. 63-66.
Деревянко В. В.
Модель денотационного МГД-генератора с Т-слоем // Тезисы конференции «Вычисл. технологии 2000». — Новосибирск. 2000. http://www.ict.nsc.ru/ws/ct-2000.
Васильев Е. Н., Деревянко В. А., Деревянко В. В.
Тепловой баланс Т-слоя в детонационном МГД-генераторе // Материалы II Российской национальной конф. по теплообмену. — Москва, 1998. — Т. 6. — C. 249–252.