Регистрация / Вход
Прислать материал

Математическое моделирование конвективного теплообмена несущей оболочки твердотопливного двигателя с теплозащитным покрытием

Сведения об участнике
ФИО
Балобанов Никита Алексеевич
Вуз
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова"
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Машиностроение. Энергетика
Раздел области наук
Тяжелое и среднее машиностроение
Тема
Математическое моделирование конвективного теплообмена несущей оболочки твердотопливного двигателя с теплозащитным покрытием
Резюме
В работе приводится математическая модель конвективного теплообмена несущей оболочки с теплозащитным покрытием и высокотемпературными продуктами сгорания твердого топлива. Анализируются результаты исследований, полученные по разработанной модели.
Ключевые слова
математическая модель, конвективный теплообмен, твердотопливный двигатель, несущая оболочка
Цели и задачи
Цель работы: разработка математической модели и численного алгоритма реше-ния задачи конвективного теплообмена при тепловом взаимодействии высокотемпературных продуктов сгорания твердого топлива с осесимметричной несущей оболочкой конструкции силовой установки с пассивным и активным теплозащитным покрытием.
Задачи исследования:
- проведение информационного поиска научного материала по теме работы с ана-лизом и систематизацией методов и подходов решения задачи исследования динамики изменения температуры в элементах конструкции РДТТ;
- выбор и обоснования расчетной схемы решения модельной задачи конвективного теплообмена осесимметричной камеры сгорания с теплозащитным покрытием (ТЗП) и высокотемпературного потока при величинах тепловых потоков, характерных для сгора-ния твердотопливного заряда;
- определить значения температур, коэффициентов теплоотдачи и плотности теп-лового потока в расчетном сечении двухслойной стенки и исследовать динамику измене-ния теплового состояния стенки несущей оболочки камеры сгорания и слоя теплозащит-ного покрытия по времени протекания процесса теплообмена в зависимости от их тепло-физических свойств.
Введение

Разработка математических моделей и проведение исследований процессов теплообмена актуальны при тепловом проектировании твердотопливных двигателей, в частности несущих элементов конструкции. Решение задач нестационарного теплообмена в камере сгорания и теплопроводности в многослойных стенках с помощью традиционного аналитического ограничено в связи с многообразием взаимовлияющих факторов, наличием комплекса изменяющихся параметров по пространству и времени, сложностью математического описания реального процесса.В работе приводится математическая модель конвективного теплообмена несущей оболочки с теплозащитным покрытием и высокотемпературными продуктами сгорания твердого топлива.

 

Методы и материалы

Математическое описание процессов теплообмена в элементах конструкции РДТТ приводятся в работах Липанова А.М., Алиева А.В., Белова В.П., Полежаева Ю.В. и др.

Реальные условия теплообмена существенно меняются во времени и нелинейно зависят от температуры поверхности, так же как и материал стенки меняет свои теплофизические характеристики. Кроме того, в теплозащитных материалах могут происходить процессы термического разложения и иметь место фазовые переходы. Полное влияние этих и других факторов учесть сложно. Поэтому при построении математических моделей принимают ряд допущений, в частности геометрия стенки несущей оболочки рассматривается как плоская стенка, при расчете сопряженной задачи теплопроводности несущей оболочки и слоя теплозащитного покрытия динамику прогрева стенки не рассматривают.

В связи с этим новизной данной работы является математическое описании и разработка собственного алгоритма решения задачи конвективного теплообмена несущей оболочки твердотопливного двигателя с теплозащитным покрытием, с учетом теплового эффекта фазового разложения материала ТЗП, позволяющий получать численные значения распределения параметров по времени и пространственной координате, при рабочих режимах, характерных для реальных РДТТ.

Описание и обсуждение результатов

Результаты работы обсуждались на IV Всероссийской научно-технической конференции аспирантов, магистрантов и молодых ученых «Молодые ученые – ускорению научно-технического прогресса в XXI веке» (с международным участием) (г. Ижевск, 20-22 апреля 2016 г.). Получен диплом I степени.​ Получены положительные заключения на получение свидетельства госрегистрации программ ЭВМ "Численное решение теплообмена несущей оболочки с пассивным ТЗП", "Численное решение теплообмена несущей оболочки с активным ТЗП".

Используемые источники
1. Тепловое проектирование элементов конструкции ракетных двигателей: методические указания к выполнению домашнего задания. / Сост. Белов В.П. Балт. гос. техн. ун-т. – СПб., 2010. – 38 с.
2. Фахрутдинов И.Х., Котельников А.В. Конструкция и проектирование ракетных двига-телей твердого топлива. – М.: Машиностроение, 1987. – 328 с.
3. Липанов А.М. Численный эксперимент в теории РДТТ./ Липанов А.М., Бобрышев В.П., Алиев А.В., Спиридонов Ф.Ф., Лисица В.Д. – Екатеринбург: УИФ, 1994. – 300 с.
4. Липанов А.М., Макаров С.С.Численное решение задачи нестационарного теплообмена при охлаждении высокотемпературного металлического тела прямоугольной формы. //Вестник ИжГТУ им. М.Т. Калашникова – Ижевск: Из-во ИжГТУ, 2012. – Вып. 2 (54). – С. 35-38.
Information about the project
Surname Name
Nikita A. Balabanov
Project title
Mathematical modeling of convective heat carrier shell solid propellant motor with thermal barrier coating
Summary of the project
The paper presents a mathematical model of convective heat transfer carrier shell with thermal barrier coating and high temperature products of combustion of solid fuels. The research results obtained from the developed model.
Keywords
mathematical model, convective heat transfer, solid-propellant motor, bearing shell