Учет химической неравновесности течения

Учет химической неравновесности течения [c.353]

Рис. 8.10. Интегральные характеристики сопла с учетом химической неравновесности течения для случая расширения продуктов сгорания водорода в воздухе [12]

В настоящей главе не ставится задача описания существа методов расчета течений химически неравновесного газа. Методы расчета течений газа в реактивных соплах с учетом химических реакций различных продуктов сгорания рассмотрены в работах [9], [19], [11-13], [64], [65], [71] и др. Представляется целесообразным привести некоторые результаты исследований по влиянию химической неравновесности на основные газодинамические характеристики сопла. [c.347]

Характер изменения по длине сопла удельного импульса и порядок величин /уд для равновесного, химически неравновесного и замороженного процессов по результатам расчетов работы [12], приведенным на рис. 8.10а, близки к результатам работы [64], приведенным на рис. 8.7 в более широком диапазоне значений относительной площади среза сопла чем на рис. 8.10а. В работе [12] получены также результаты расчетов различных составляющих потерь удельной тяги, которые для отмеченных выше условий полета приведены на рис. 8.106 в зависимости от относительной площади поперечного сечения сопла (или по длине сопла). Приведенные потери тяги включают потери тяги на нерасчетность реактивной струи за срезом сопла АР нер потери тяги для случая замороженного течения в реактивном сопле др, для течения химически неравновесного газа, а также сумму потерь тяги дта этих двух типов течений с учетом нерасчетности реактивной струи (АР нер + з и АР нер По мере увеличения относительной площади среза сопла поте- [c.355]

Как уже отмечалось выше и как показывают результаты расчетов на рис. 8.6-8.10, характеристики сопла, полученные с учетом химической кинетики, располагаются между величинами, полученными для равновесного и замороженного процессов, причем в случае равновесного течения — характеристики наилучшие, а в случае замороженного — наихудшие. Поэтому целесообразно иметь оценку максимально возможных потерь тяги или импульса реактивного сопла, полученных при расчете замороженного течения. Величины этих верхних оценок потерь, связанных с химической неравновесностью, будут зависеть только от давления и температуры продуктов сгорания, коэффициента избытка воздуха и геометрической степени расширения сопла [13]. Систематические оценки изменения расходных и тяговых (или импульсных) характеристик сопла с фиксированной геометрией для случая химически неравновесного процесса расширения продуктов сгорания керосина в воздухе получены в работе [13]. Расчеты выполнены в диапазонах изменения [c.356]

Развитие теоретических исследований неравновесных газовых течений способствовало также появление быстродействующих вычислительных машин. Необходимость учета релаксационных явлений при расчете газовых течений обусловлена следующими причинами. В области высоких температур и давлений протекают различные химические реакции, процессы диссоциации, ионизации, возбуждения колебательных и электронных степеней свободы. Если времена этих процессов сравнимы с характерными временами макроскопических процессов, то происходит значительное отклонение от состояния термохимического равновесия, вызывающее в свою очередь существенное изменение картины течения. Нарушение локального термохимического равновесия при расширении диссоциированной смеси в ракетном сопле может привести к значительным потерям тяги. Недостаточно высокая скорость электронно-ионной рекомбинации в [c.118]

Во втором подходе при расчете нестационарного течения в цилиндре при движении поршня решаются одномерные нестационарные уравнения газовой динамики с учетом неравновесного протекания химических реакций. Закон движения поршня задается. Расчет течения в плоскости х может быть проведен для всех тактов двигателя. Численное решение осуществляется методом характеристик, поскольку система уравнений в этом случае является гиперболической. [c.232]

В работе [2] рассмотрена задача об оптимизации распределенной массы впрыска. Рассматривается одномерное стационарное течение газа в сопле с учетом неравновесных химических реакций. Система уравнений газовой динамики и химической кинетики имеет вид (1.2.1., 1.3) [c.232]

Исследуются неравновесные физико-химические процессы, происходящие в дальних гиперзвуковых следах, оставляемых телами при спуске в атмосфере Земли. Рассматриваются параметры указанных течений с учетом возможной термохимической неравновесности на всем протяжении спуска. [c.154]

Действительно, течение в отдельных участках двигателя носит существенно пространственный и нестационарный характер, при этом важен учет как двухфазности течения, так и неравновесного протекания химических реакций. Однако, как уже отмечалось, даже численное решение полной системы уравнений (1 112)... (1.121) весьма затруднительно, поэтому для изучения некоторых качественных закономерностей необходимо сделать упрощающие предположения. Так, на участке смешения горючего с воздухом можно принять течение стационарным и одномерным, не учитывать физико-химических превращений, но обязательно учитывать двухфазность течения. Состав смеси после воспламенения можно определить по соотношениям равновесной термодинамики. В то же время при расчете параметров в цилиндре при прямом и обратном ходе поршня необходимо учитывать нестационарность течения, неравновесное протекание химических реакций, но можно принять течение однофазным и одномерным. При истечении отработанных продуктов сгорания через клапан течение в канале можно считать стационарным и двумерным по аналогии с течением в кольцевых соплах реактивных двигателей. Конечная цель исследования состоит в определении концентраций токсичных компонент в отработанном топливе, в нахождении их, а также термодинамических параметров смеси, как функций времени и таких параметров двигателя, как степень сжатия, частота вращения, коэффициент избытка окислителя и т. д. [c.231]

Ряд прикладных задач требует подробного знания параметров дальнего следа, оставляемого телами при спуске в атмосфере с гиперзвуковой скоростью. К их числу необходимо отнести задачи, связанные со взаимодействием электромагнитных волн с возмущенной при пролете областью атмосферы. Это важно, например, при исследовании метеорных явлений или при обеспечении качества радиосвязи со спускающимися аппаратами и т.д. Важнейшими из отмеченных характеристик течения являются электронная концентрация температура потока Т и температура электронов Т . При спуске в атмосфере условия течения в дальнем следе могут сильно меняться от ламинарного режима на больших высотах до турбулентного при полетах на малых, от химически замороженного течения при малых значениях плотности окружающей среды верхней атмосферы до равновесного вблизи поверхности Земли. Необходимо отметить, что к настоящему времени течения в дальних следах достаточно подробно исследованы [1-9]. В ряде расчетно-теоретических работ эта область течения рассматривалась как в рамках совершенного газа, так и, где это необходимо, с учетом химических реакций. Между тем в условиях гиперзвукового полета и разреженной среды возможно не только неравновесное протекание химических реакций, но и достаточно сильное отклонение от состояния термического равновесия. Анализ времен релаксации различных физико-химических процессов в условиях низкотемпературной плазмы дальнего гиперзвукового следа показывает, что возможны колебательная неравновссность отдельных молекул (прежде всего молекул О2 и N2, если ограничиться рассмотрением течений "чистого" воздуха без учета возможных добавок естественного или искусственного происхождения) и отрыв температуры электронов 7,, от температуры поступательно-вращательных степеней свободы тяжелых частиц Т. Термическая неравновссность, важная сама по себе, влияет и на остальные параметры потока. Основные закономерности подобных течений выявлены в [7-10]. Данная работа является продолжением указанных исследований на всем протяжении гиперзвукового спуска в атмосфере. [c.154]

На фиг. 2 изображены профили относительной массовой и числовой Л, , концентрации электронов на оси следа. Как и в случае температур, приведенных на фиг. 1, быстрое уменьшение с, ш N на больших высотах объясняется главным образом сильным влиянием вязкостных свойств среды диффузионными процессами, влияние которых увеличивается с уменьшением числа Ке , и, в меньшей степени, конвективным разбавлением. Течение на таких больших высотах (выше 70 км) в условиях низкой плотности практически заморожено, и химическая кинетика никакого влияния на электронную концентрацию не оказывает. По мере спуска тела уменьшается роль вязкостных свойств среды - диффузионного переноса, но из-за возрастания плотности растет влияние химических реакций на снижение электронной концентрации. Как только по мере спуска потоки диффузии вновь возрастают при появлении турбулентности на рассматриваемом участке следа, концентрация электронов быстро падает. Роль химической кинетики в уменьшении электронной концентрации в отличие от совместного вклада диффузии и конвективного разбавления легко проследить, сравнив два графика фиг. 2 при X = lOOd пунктирную кривую, соответствующую химически замороженному течению, и сплошную, определенную с учетом неравновесных химических реакций. [c.160]

Причина столь резких высказываний связана с тем, что квантовая механика в течение длительного времени развивалась без привлечения подходов физики. Можно сказать, что И. Пригожин открыл дверь из тюрьмы. Квантовая теория И. Пригожина базируется на междисциплинарном подходе к анализу сложных систем микромира, включающем рассмотрение эволюции систем на основе объединения достижений неравновесной термодинамики (неравновесные физико-химические процессы), физики (механизм необратимости процесса), математики (условия интегрируемости и не интегрируемости функций), механики (нелинейный резонанс) и др. Это позволило дать единую формулировку квантовой теории, с учетом того, что как в классической, так и в квантовой механике, существуют описания на уровнях траекторий, волновых функций или статических распределений (распределение вероятности). Когда речь идет о том, что система находится в определенном состоянии, с точки зрения классической механики, это состояние отвечает точке в фазовом пространстве, а в квантовой теории - это волновая функция. В перовом случае мы имеем дело с макромиром, а во втором -с микромиром (наномиром), для которого каждому значению энергии частицы соответствует определенная частота колебаний (о [c.66]

Ктдр " осредненное течение можно считать термохимически равновесным, однако химические реакции могут быть неравновесными по отношению к пульсациям в этом случае состав смеси определяется из закона действующих масс (3.2.15 ) с учетом влияния пульсаций температуры и состава, а процессы химического превращения влияют на коэффициенты турбулентного обмена Иевлев, 1990 Маров, Колесниченко, 1987). [c.148]

На основе успехов, достигнутых в развитии численных методов, в последние годы в ЛАБОРАТОРИИ и в других подразделениях ИНСТИТУТА (как правило, под руководством выросших в ЛАБОРАТОРИИ М. Я. Иванова, В. И. Конченова, В. И. Милешина и др.) созданы совершенные алгоритмы расчета пространственных течений в элементах силовых установок (СУ) с воздушно-реактивными двигателями и для моделирования процессов во всей СУ, для описания интеграции СУ с летательным аппаратом, учета неравновесных химических реакций, горения, конденсации и других процессов. [c.118]

И при М==10 превосходит температуру набегаюьцего потока более чем в двадцать раз (при 7=1,4). Появление области с очень высокой температурой при гиперзвуковом обтекании тел воздухом и другими газами приводит ко второй особенности таких течений (первая выражена неравенством (23.1), а именно — к проявлению эффектов, связанных с поведением реальных газов при высокой температуре. Для учета этих эффектов вместо модели совершенного газа для воздуха или других смесей газов вводятся более сложные модели модели термодинамически равновесного газа с учетом протекания в нем физико-химических процессов — возбуждения внутренних степеней свободы молекул и атомов, диссоциации молекул, химических реакций между компонентами смеси, ионизации атомов и молекул модели, в которых учитывается конечная скорость протекания названных физико-химических процессов (модели термодинамически неравновесного или релаксируюихего газа) модели с учетом процессов молекулярного переноса в газе—вязкости, теплопроводности, диффузии, а также с учетом излучения. В последних моделях нужно принимать во внимание и то, что при высокой температуре обтекающего тела газа поверхностный слой тела может разрушаться, в результате чего поток вблизи тела будет содержать газообразные (а иногда — и испаряющиеся твердые и жидкие) продукты разрушения тела. [c.400]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...