Телефон: 8-800-350-22-65
WhatsApp: 8-800-350-22-65
Telegram: sibac
Прием заявок круглосуточно
График работы офиса: с 9.00 до 18.00 Нск (5.00 - 14.00 Мск)

Статья опубликована в рамках: LIX Международной научно-практической конференции «Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ» (Россия, г. Новосибирск, 27 ноября 2017 г.)

Наука: Технические науки

Секция: Космос, Авиация

Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции

Библиографическое описание:
Смирнова В.Е., Гуц Ю.А. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ НА ПАРАМЕТРЫ ТЕПЛООБМЕНА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА // Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: сб. ст. по мат. LIX междунар. студ. науч.-практ. конф. № 11(58). URL: https://sibac.info/archive/technic/11(58).pdf (дата обращения: 28.03.2024)
Проголосовать за статью
Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ НА ПАРАМЕТРЫ ТЕПЛООБМЕНА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

Смирнова Вероника Евгеньевна

студент, кафедра летательных аппаратов ЮУрГУ,

РФ, г. Челябинск

Гуц Юлия Андреевна

студент, кафедра летательных аппаратов ЮУрГУ,

РФ, г. Челябинск

Исмагилов Денис Рашидович

научный руководитель,

инженер кафедры летательных аппаратов ЮУрГУ,

РФ, г. Челябинск

Зачастую экспериментальная отработка проектируемого спускаемого летательного аппарата требует значительных затрат ресурсов, как энергетических, так и финансовых. Поэтому важным этапом проектирования является численное моделирование, которое позволяет получить значения необходимых параметров с определённой степенью точности, не прибегая при этом к эксперименту. Так, например, проводятся расчёты обтекания и теплообмена летательного аппарата с учётом излучения, физико-химических параметров и т.д. По результатам вычислений  определяются характеристики теплозащитного слоя. Благодаря постоянному совершенствованию используемых в расчётах математических и физических моделей степень точности численного моделирования повышается, что приближает результаты моделирования к экспериментальным данным.

В работе определено влияние физико-химических процессов на параметры теплообмена экспериментального аппарата «Electre» с геометрическими характеристиками, показанными на рисунке 1: радиус притупления 0,035 м, угол полураствора 4,6 град, полная длина 0,4 м [3].

 

Рисунок 1. Параметры расчётной области

 

Численное модерилование внешнего обтекания проводилось в программе ANSYS Fluent. В качестве расчётного случая выбрана точка траектории со следующими параметрами: скорость движения аппарата  м/с ( ) высота  км.

Широко известно, что распределение газодинамических параметров в ударном слое, особенно в условиях диссоциации и моляризации газа, определяется процессами химической кинетики.

Скорость протекания химических процессов рассчитывается с помощью уравнения Аррениуса:

 

                                                         (1)

где: – константа скорости реакции;

 – предэкспоненциальный коэффициент;

 – показатель температуры (безразмерный);

 – энергия активации реакции ( );

 – универсальная газовая постоянная ( ).

Для учёта влияния химических процессов при расчёте обтекания используем несколько моделей химической кинетики, а именно:

  • кинетическую модель Кривоносовой О.Э., Лосева С.А., Наливайко В.П., Шаталова О.П. [4];
  • кинетическую модель Данна-Канга [1]
  • кинетическую модель Парка [2].

Следует заметить, что при проведении расчётов были приняты следующие допущения:

  • стенка аппарата адиабатическая;
  • принята идеальная модель сжимаемого газа;
  • течение принято ламинарным;
  • расчёт проведен с использованием двух взаимообратных реакций – диссоциации молекул кислорода и азота.

 

 Рисунок 2. График распределения абсолютного давления с учетом физико-химических процессов

 

Рисунок 3. График распределения удельного теплового потока с учетом физико-химических процессов

 

Таблица 1.

Значения параметров в точке полного торможения

Параметры

Без учёта физико-химических параметров

ANSYS Fluent

С учётом физико-химических параметров

Модель Кривоносовой и др.

Модель Парка

Модель Данна-Канга

Давление, Па

40300

42234,3

44159,9

42051,7

Погрешность, %

4,8

9,6

4,4

Удельный тепловой поток, МВт/м2

-6,534

-4,624

-4,36

-3,982

Погрешность, %

29,2

33,3

39,1

 

На рисунках 2 и 3 приведены графики распределения абсолютного давления и удельного теплового потока соответственно.

Как видно из таблицы 1, погрешность расчёта параметров теплообмена с учётом физико-химических процессов в точке полного торможения, по сравнению с моделью без учёта диссоциации и моляризации, варьируется в диапазоне от 4,4 до 9,6 % для давления и от 29,2 до 39,1 % для удельного теплового потока. Из этого можно сделать вывод, что, так как разница значений удельного теплового потока большая, то в задачах  движения спускаемого летательного аппарата с большими скоростями необходимо учитывать физико-химические процессы. Распространенные модели химической кинетики воздушной смеси с равной степенью одинаково описывают распределение параметров теплообмена вблизи поверхности спускаемого летательного аппарата.

 

Список литературы:

  1. Dunn M.G., Kang S.W. // NASA CR 2232. 1973. P. 115.
  2. Park C. // Journal of Thermophysics and Heat Transfer. 1993. V. 7. ‹ 3 P.385.
  3. Viviani A., Pezzella G. // Engineering Application of Computational Fluid Mechanics Vol. 3, No.4 P. 543-561, 2009.
  4. Кривоносова О.Э., Лосев С.А., Наливайко В.П., Шаталов О.П. Рекомендуемые данные по кинетике химический реакций в системе атомов O-N. Физико-химическая кинетика в газовой динамике, МГУ, 1986.
Проголосовать за статью
Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

Оставить комментарий

Форма обратной связи о взаимодействии с сайтом
CAPTCHA
Этот вопрос задается для того, чтобы выяснить, являетесь ли Вы человеком или представляете из себя автоматическую спам-рассылку.