Моделирование режимов работы низкотемпературного газогенератора

Abstract

Низкотемпературный газогенератор (НТГГ) предназначен для получения газа с температурой 350...450 К. Он состоит из двух основных частей – камеры сгорания с зарядом твёрдого топлива и камеры охлаждения с гранулами твёрдого охладителя. Продукты сгорания твёрдого топлива имеют высокую температуру, что не позволяет использовать их в целом ряде технических устройств. Охлаждение газа происходит в результате его взаимодействия с гранулами твёрдого охладителя, на термическое разложение которого расходуется часть внутренней энергии газа. Для описания процессов тепло- и массообмена в НТГГ разработана математическая модель на основе одномерных уравнений неразрывности, импульса, энергии, баланса массы компонентов газовой смеси. Газовая смесь состоит из продуктов сгорания твёрдого топлива, продуктов разложения охладителя и воздуха. Математическая модель учитывает воспламенение и горение топлива, течение газовой смеси в НТГГ, теплообмен с элементами конструкции НТГГ и кинетику разложения гранул охладителя. Для реализации математической модели разработан численный метод решения краевой задачи на основе метода конечных разностей. Система уравнений аппроксимирована неявными разностными схемами. Для решения нелинейных разностных уравнений применён метод Ньютона. Краевая задача решалась ортогональной прогонкой. Результаты расчётов сравнены с экспериментальными данными. Выяснено влияние конструктивных и режимных параметров на изменение температуры, давления, расхода, скорости разложения охладителя. Low-temperature gas generator (LTGG) for producing gas with a temperature of 350 ... 450 K. It consists of two main parts - a combustion chamber with a charge of solid propellant and cooling chamber with granules of the solid coolant. The products of combustion of solid propellant have a high temperature that does not allow to use them in a variety of technical devices. Cooling gas is the result of its interaction with the solid granules cooler on the thermal decomposition of which consumes part of the internal energy of the gas. To describe the processes of heat and mass transfer in LTGG developed a mathematical model based on the one-dimensional equations of continuity, momentum, energy and mass balance of the components of the gas mixture. The gas mixture is composed of products of combustion of solid propellant, degradation products and the air cooler. The mathematical model takes into account the ignition and combustion of the fuel within the gas mixture in LTGG, heat exchange with the structural elements LTGG and kinetics of degradation of pellets cooler. To implement the mathematical model developed numerical method for solving the boundary value problem based on the finite difference method. The system of equations is approximated by implicit difference schemes. For the solution of nonlinear differential equations applied Newton's method. A boundary value problem was solved orthogonal factorization. The calculation results are compared with experimental data. The influence of constructive and regime parameters on the change in temperature, pressure, flow, speed expansion cooler.