Особенности спонтанной конденсации оксида бора в плоских и осесимметричных соплах: численный анализ

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Разработана модель спонтанной конденсации паров оксида бора в химически реагирующих газовых смесях, базирующаяся на классической теории нуклеации (КТН) и односкоростном и однотемпературном приближении для уравнений движения двухфазной смеси. Модель учитывает процессы нуклеации, конденсационного роста капель, их коагуляцию и газофазные химические реакции. Выполнено численное исследование спонтанной конденсации паров оксида бора в плоских и осесимметричных соплах. Показано, что в плоских соплах с небольшой степенью расширения процесс конденсации протекает по типичному сценарию: образование скачка конденсации за горлом сопла и конденсационный рост капель ниже по течению за скачком. В геометрически подобных плоских соплах c небольшой степенью расширения положение скачка конденсации не зависит от линейных размеров сопла. Важной особенностью спонтанной конденсации в соплах с небольшой степенью расширения является равновесие пара и конденсата в выходном сечении сопла. В соплах с большой степенью расширения фазовое равновесие не достигается. Степень отклонения от равновесия в соплах такого типа тем значительнее, чем больше угол раскрытия сверхзвуковой части сопла.

Об авторах

Александр Михайлович Савельев

ФАУ Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова

Автор, ответственный за переписку.
Email: amsavelev@ciam.ru

кандидат технических наук, начальник сектора отдела «Неравновесные физико-химические процессы
в газовых потоках»

Россия, Москва

Денис Иванович Бабушенко

ФАУ Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова

Email: dibabushenko@ciam.ru

начальник сектора отдела «Неравновесные физико-химические процессы в газовых потоках»

Россия, Москва

Вера Александровна Савельева

ФАУ Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова

Email: vasaveleva@ciam.ru

кандидат биологических наук, старший научный сотрудник отдела «Неравновесные физико-химические процессы в газовых потоках»

Россия, Москва

Список литературы

  1. Grabis J., Rasmane D., Krumina A., Patmalnieks A. Preparation of boron suboxide nanoparticles and their processing // Mater. Sci., 2012. Vol. 18. P. 72–74.
  2. Tsierkezos N. G., Ritter U., Thaha Y. N., Downing C. Application of multi-walled carbon nanotubes modified with boron oxide nanoparticles in electrochemistry // Ionics, 2015. Vol. 21. P. 3087–3095.
  3. Ramachandran R., Jung D., Bernier N. A., Logan J. K., Waddington M. A., Spokoyny A. M. Sonochemical synthesis of small boron oxide nanoparticles // Inorg. Chem., 2018. Vol. 57. P. 8037–8041.
  4. Бернер М. К., Зарко В. Е., Талавар М. Б. Наночастицы энергетических материалов: способы получения и свойства (обзор) // Физика горения и взрыва, 2013. Т. 49. № 6. С. 3–30.
  5. Savel’ev A. M., Starik A. M. An improved model of homogeneous nucleation for high supersaturation conditions: Aluminum vapor // Phys. Chem. Chem. Phys., 2017. Vol. 19. P. 523–538.
  6. Суздалев И. П. Нанотехнология, физико-химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов. — М.: КомКнига, 2006. 592 c.
  7. Савельев А. М., Бабушенко Д. И., Копчёнов В. И., Титова Н. С. Численное исследование гомогенной нуклеации паров оксида бора в соплах Лаваля // Физика горения и взрыва, 2021. Т. 57. № 1. С. 34–50. doi: 10.15372/FGV20210104.
  8. Gany A. Comprehensive consideration of boron combustion in airbreathing propulsion. AIAA Paper No. 20064567, 2006.
  9. Haddad A., Natan B., Arieli R. The performance of a boron-loaded gel-fuel ramjet // Progress in propulsion physics / Eds. L. T. DeLuca, C. Bonnal, O. Haidn, S. M. Frolov. — EUCASS advances in aerospace sciences book ser. — EDP Sciences — TORUS PRESS, 2011. Vol. 2. P. 499–518.
  10. Balas S., Natan B. Boron oxide condensation in a hydrocarbon–boron gel fuel ramjet // J. Propul. Power, 2016. Vol. 32. P. 967–974.
  11. Tower L. K. Thermal relations for two-phase expansion with phase equilibrium and example for combustion products of boron-containing fuel. — Lewis Flight Propulsion Laboratory, 1961. NACA RM E57C11.
  12. Kortsenshteyn N. M., Yastrebov A. K. Interphase heat transfer during bulk condensation in the flow of vapor–gas mixture // Int. J. Heat Mass Tran., 2012. Vol. 55. P. 1133– 1140.
  13. Аветисян А. Р., Алипченков В. М., Зайчик Л. И. Моделирование течений спонтанно конденсирующегося влажного пара в соплах Лаваля // Теплофизика высоких температур, 2002. Т. 40. № 6. С. 938–946.
  14. Френкель Я. И. Кинетическая теория жидкостей. — Л.: Наука, 1975. 592 с.
  15. Старик А. М., Савельев А. М. Динамика образования сульфатных аэрозолей в струях реактивных двигателей // Известия РАН. Механика жидкости и газа, 2001. № 1. C. 108–117.
  16. Савельев А. М. Образование ультрадисперсных заряженных и нейтральных аэрозолей в элементах проточного тракта и выхлопной струе турбореактивного двигателя: Дис канд. техн. наук. — М., 2010. 180 с.
  17. Савельев А. М., Старик А. М. О механизмах коагуляции заряженных наночастиц, образующихся при горении углеводородных и металлизированных топлив // ЖЭТФ, 2009. Т. 135. Вып. 2. С. 369–384.
  18. Chase M. W. NIST-JANAF Thermochemical Tables. — 4th ed. — 1998.
  19. Shpil’rain E. E., Yakimovich K. A., Tsitsarkin A. F. Investigation of the surface tension of liquid boron oxide to 2000 °C by the cylinder pulling method // High Temp. — High Press., 1972. Vol. 4. P. 67–76.
  20. Шпильрайн Э. Э., Якимович К. А., Цицаркин А. Ф. Поверхностное натяжение жидкой окиси бора при температурах до 2100 °С// Теплофизика высоких температур, 1974. Т. 12. № 1. С. 77–82.
  21. Fujino S., Wang H., Morinaga K. Surface tension of PbO–B2O3 and Bi2O3–B2O3 glass melts // J. Mater. Sci., 2005. Vol. 40. P. 7–12.
  22. Shi X., Wang Q., Niu X., Li C., Lu K. An examination of surface tension of binary lithium borate melts as a function of composition and temperature // J. Am. Ceram. Soc., 2006. Vol. 89. P. 3222–3228.
  23. Болдырев А. С., Гасилов В. А., Зайчик Л. И., Ольховская О. Г. Численное моделирование квазиодномерных и двумерных течений спонтанно конденсирующегося пара в трансзвуковых соплах // Теплофизика высоких температур, 1998. Т. 36. С. 135– 140.
  24. Дейч М. Е., Филиппов Г. А. Газодинамика двухфазных сред. — М.: Энергия, 1968. 423 c.
  25. Ткаленко Р. А. Конденсация паров воды в плоских и осесимметричных соплах // Известия АН СССР. Механика жидкости и газа, 1972. № 6. С. 159–162.
  26. Стернин Л. Е. Основы газодинамика двухфазных течений в соплах. — М.: Машиностроение, 1974. 212 c.
  27. Корценштейн Н. М., Самуйлов Е. В. Образование аэрозольной плазмы в процессе объемной конденсации в облаке продуктов приземного взрыва // Теплофизика высоких температур, 2005. Т. 43. Вып. 5. С. 666–676.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).