«Экспериментальное и численное моделирование сверхзвукового турбулентного горения на примере гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя» Ян Муль 3 курс DEFA/PRA Стипендия ONERA Научные руководители: Арно Мюра (Institut P) Владимир Сабельников (ONERA) Руководитель ONERA: Владимир Сабельников
План • Введение • Постановка задачи • Цель работы • Ход и развитие научного исследования • Анализ литературы • Разработка модели ICT • Верификация модели Муль DEFA/PRA - JDD 2012 2 • Текущие результаты 2 • Выводы и планы дальнейшего исследования • Публикации и последующие этапы обучения
План • Введение • Постановка задачи • Цель работы • Ход и развитие научного исследования • Анализ литературы • Разработка модели ICT • Верификация модели Муль DEFA/PRA - JDD 2012 3 • Текущие результаты 3 • Выводы и планы дальнейшего исследования • Публикации и последующие этапы обучения
Введение | Библиография | Анализ | Текущая работа | Перспективы Постановка задачи • Расчет характеристик системы сверхзвукового аэробного двигателя PREPHA, JAPHAR, LEA Муль DEFA/PRA - JDD 2012 4 • Необходимость создания численного метода на основе испытательного стенда: 4 – – Задержка зажигания Эффективность сгорания топлива Тепловой поток на внутренних поверхностях Падение давления при остановке
Введение | Библиография | Анализ | Текущая работа | Перспективы Научные задачи • Сверхзвуковой поток: малое время пребывания • • Сопоставление временных характеристик турбулентности и химических процессов, умеренные числа Маха) Da ~ 1 • «Классический» подход (химическое равновесие, квазиламинарная кинетика, воспламенение) описания реактивных потоков при умеренных числах Маха (не адаптированный) • Разработать модель химико-турбулентного взаимодействия (ICT) Муль DEFA/PRA - JDD 2012 5 • • 5 Эффекты турбулентного смешения Конечные продукты химической кинетики • Утвердить данную модель по разным представленным критериям с помощью законов CEDRE • Улучшить понимание физических явлений при автоматическом зажигании и стабилизации пламени в сверхзвуковом режиме
План • Введение • Постановка задачи • Научные цели • Ход и развитие научного исследования • Анализ литературы • Разработка модели ICT • Верификация модели Муль DEFA/PRA - JDD 2012 6 • Текущие результаты 6 • Выводы и планы дальнейшего исследования • Публикации и последующие этапы обучения
Введение | Библиография | Анализ | Текущая работа | Перспективы Слой реактивного смешения (1/2) • Слой сдвига • • • Разработка связанных структур (неустойчивость Кельвина-Гельмгольца) Смешение малых масштабов Появление частично смешанных карманов, восприимчивых к горению Разработка зоны перемешивания Муль DEFA/PRA - JDD 2012 7 При прерывистом горении данные карманы играют решающую роль в процессе автовоспламенения и стабилизации пламени 7 • Эффект сжимаемости • • Влияет на смешение Видоизменяет топологию потока и, следовательно, задержку зажигания
Введение | Библиография | Анализ | Текущая работа | Перспективы Слой реактивного смешения (2/2) • Кинетический эффект • • • Кинетика H 2/Воздух Определяет характерные химические периоды Эффекты загрязнения • Режимы горения • Наблюдается ряд режимов [1] согласно локальным характеристикам (число Дамкёлера) области индукции: • • • Что важнее? : Муль DEFA/PRA - JDD 2012 8 • • 8 Режим резкого зажигания Режим плавного зажигания Эффекты сжимаемости Вязкое рассеяние Турбулентное смешение Химическая кинетика Инжектор ONERA на стенде LAERTE [1] “Self-Ignition of Hydrogen-Ethylene Mixtures in a Hot Supersonic Air Flow” P. Magre, V. Sabelnikov (2002)
Введение | Библиография | Анализ | Текущая работа | Перспективы Разработка модели ICT (1/3) • Разработка модели химико-турбулентного взаимодействия (ICT) • Рассматриваются оба подхода RANS и LES • Чтобы правильно описать автовоспламенение и стабилизацию пламени, каждое звено расчета рассматривается как частично смешанный реактор (Pa. SR) • Общий подход • • Муль DEFA/PRA - JDD 2012 9 • 9 Модели мультимасштабных подзвеньев горения Реакции происходят при меньших масштабах, там, где смешение более сильное Введение *, объёмная доля тонких структур • Таким образом, средняя норма отбора моделируется согласно:
Введение | Библиография | Анализ | Текущая работа | Перспективы Разработка модели ICT (2/3) • Модели, основанные на локальном балансе (Pa. SR) EDC: Мультимасштабная модель, согласно которой, химические реакции проходят при более мелком масштабе (масштабы Колмогорова l K и K) Муль DEFA/PRA - JDD 2012 10 10 κ* и τ* соответственно пропорциональны l. K и τK (RANS и LES) В LES k и Δ являются соответственно неразрешённой энергией подзвеньев и размером звена А RANS k и l являются соответственно кинетической энергией и интегральным масштабом турбулентного потока Pa. SR: Мультимасштабная модель, согласно которой, смешение и химические реакции происходят последовательно в любом объеме вычислений τc является характерным химическим периодом
Введение | Библиография | Анализ | Текущая работа | Перспективы Разработка модели ICT – Подход RANS (3/3) • Специальные модели разработки RANS • • • Кроме Pa. SR специализируются на зажигании Значительное колебание T DL в порядке 2 химических условий T • Ограниченный эффект на явление зажигания ( T < Tкрит) • Уравнение переноса для рассеяния T [2] Уравнение рассеяния энергии Классическое уравнение Муль DEFA/PRA - JDD 2012 11 • • 11 [2] “Investigation Of An Assumed PDF Approach For Finite-Rate Chemistry” P. Gerlinger (2010)
Введение | Библиография | Анализ | Текущая работа | Перспективы Муль DEFA/PRA - JDD 2012 12 Расчет Pa. SR – RANS (1/3) 12 Сверхзвуковое пламя (Cheng и др. ) [3] “Finite-rate Chemistry Effects in a Mach 2 Reacting Flow” T. Cheng et al. (1991)
Введение | Библиография | Анализ | Текущая работа | Перспективы Расчет Pa. SR – RANS (2/3) Муль DEFA/PRA - JDD 2012 13 x/D=10. 8 13 x/D=32 x/D=21. 5 x/D=43. 6
Введение | Библиография | Анализ | Текущая работа | Перспективы Расчет Pa. SR – RANS (3/3) x/D=21. 5 Муль DEFA/PRA - JDD 2012 14 x/D=10. 8 14 x/D=43. 1
Введение | Библиография | Анализ | Текущая работа | Перспективы Расчет LES • Конфигурация Cheng и др. Муль DEFA/PRA - JDD 2012 15 • • • 15 ~ 31 MCells, 94 MFaces Текущий расчет Arrhenius Сравнение модели Pa. SR-LES с моделью Pa. SR-RANS
Введение | Библиография | Анализ | Текущая работа | Перспективы Расчет Pa. SR – RANS, Конфигурация двигателя (2/4) Муль DEFA/PRA - JDD 2012 16 RESTM 12 (UQ/Австралия)[4] 16 [4] Shock Tunnel Experiments with a Mach 12 REST Scramjet at Off-Design Conditions M. Suraweera et al. (2008)
Введение | Библиография | Анализ | Текущая работа | Перспективы Муль DEFA/PRA - JDD 2012 17 Расчет Pa. SR – RANS, Конфигурация двигателя (2/4) 17 Fuel off
Введение | Библиография | Анализ | Текущая работа | Перспективы Расчет Pa. SR – RANS, Конфигурация двигателя (3/4) Муль DEFA/PRA - JDD 2012 18 Поступательное впрыскивание – ɸ=1. 14 18 Впрыскивание через вводное отверстие – ɸ=0. 41 Смешанное впрыскивание (1: 2) – ɸ=1. 23
Введение | Библиография | Анализ | Текущая работа | Перспективы Расчет Pa. SR – RANS/ Конфигурация двигателя (4/4) Муль DEFA/PRA - JDD 2012 19 Поступательное впрыскивание – ɸ=1. 14 – выделение тепла 19 Впрыскивание через вводное отверстие – ɸ=0. 41 – выделение тепла
План • Введение • Постановка задачи • Цель работы • Ход и развитие научного исследования • Анализ литературы • Разработка модели ICT • Верификация модели Муль DEFA/PRA - JDD 2012 20 • Текущие результаты 20 • Выводы и планы дальнейшего исследования • Публикации и последующие этапы обучения
Введение | Библиография | Анализ | Текущая работа | Перспективы Выводы и планы дальнейшего исследования • Направления развития Сравнительное изучение кинетических схем H 2 / Воздух • Улучшение и применение модели Pa. SR в CEDRE • 21 Анализ физических явлений • Муль DEFA/PRA - JDD 2012 21 • Методология Pa. SR-RANS, утвержденная в академической конфигурации
Введение | Библиография | Анализ | Текущая работа | Перспективы Выводы и планы дальнейшего исследования • Планируется: Редактирование Pa. SR-RANS на конфигурации гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя • 22 Проверка Pa. SR-LES на академической конфигурации • Муль DEFA/PRA - JDD 2012 22 • Написание диссертации/статей
План • Введение • Постановка задачи • Цель работы • Ход и развитие научного исследования • Анализ литературы • Разработка модели ICT • Верификация модели Муль DEFA/PRA - JDD 2012 23 • Текущие результаты 23 • Выводы и планы дальнейшего исследования • Публикации и последующие этапы обучения
Публикации и последующие этапы обучения • Конференция: • AIAA Конференция по космическим самолетам Апрель 2011, Сан Франциско (CA) • «Modelling of Self-Ignition Processes in Supersonic Non Premixed Coflowing Jets Based on a Pa. SR Approach» , Y. Moule, V. Sabelnikov, A. Mura • Последующие этапы работы : Муль DEFA/PRA - JDD 2012 24 • • • 24 Горение в авиационном двигателе (VKI) (2010) Школа горения (CNRS) (2010) Написание диссертации (Onera) (2011)
Муль DEFA/PRA - JDD 2012 25 Вопросы 25
Скачать презентацию Экспериментальное и численное моделирование сверхзвукового турбулентного горения
presentation_COR.pptx