Воспламенение холодной водородной струи в спутной коаксиальной струе горячего влажного воздуха при истечении в затопленное пространство
О.С. Ванькова1, Н.Н. Федорова2
1Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН, Новосибирск, Россия
vankova@itam.nsc.ru
2Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН, nfed@itam.nsc.ru
Ключевые слова: горение водорода, моделирование, внутренние течения, стабилизация пламени.
Страницы: 935-950
Аннотация
Представлены результаты численного исследования воспламенения холодной сверхзвуковой водородной струи (Мjet = 1,46), окруженной кольцевой сверхзвуковой (Mair = 1,86) струей горячего влажного воздуха, в условиях истечения в затопленное пространство. Моделирование выполнено в условиях эксперимента Коэна и Гиля, проведенного в 1969 году, на основе осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье-Стокса, дополненных k-w SST-моделью турбулентности, детальным кинетическим механизмом горения водорода в воздухе и различными моделями учета взаимодействия турбулентности и химических реакций. Расчеты выполнены в программном комплексе ANSYS Fluent 2020 R1 в нестационарной двумерной осесимметричной постановке с использованием решателя, основанного на давлении. Получены мгновенные, средние и пульсационные компоненты основных аэродинамических параметров и концентраций реагирующей смеси. Проведено детальное сравнение расчетных профилей числа Маха, полной температуры и концентраций компонентов смеси на оси струи и в нескольких поперечных сечениях струи для нереагирующего/реагирующего потока с экспериментальными данным, которое показало удовлетворительное совпадение по всем параметрам. Показано, что использование нестационарного подхода в сочетании с детальной кинетической схемой позволяет воспроизвести в расчете вихревые структуры, которые развиваются на границе слоя горения, вносят существенный вклад в смешение водородной и воздушной струй и, таким образом, оказывают влияние на процесс горения водорода.
|
