ИСТИНА

Целью работы является проведение фундаментальных исследований в области газодинамики горения, детонации и взрыва. Актуальность темы обусловлена возможностью использования результатов исследований при разработке двигателей и энергетических установок нового поколения, а также для оценки взрывобезопасности промышленных конструкций и сооружений. Основными направлениями исследований являются: 1. Газодинамика горения и детонации в каналах сложной формы и в камерах сгорания 2. Газодинамика горения и детонации в высокоскоростных потоках 3. Газодинамика двигателей и энергетических установок. При выполнении теоретических исследований будет проведено численное моделирование газодинамических процессов в реагирующих средах с использованием разработанных коллективом программных комплексов. Для выполнения экспериментальных исследований будет проведена модернизация имеющихся установок для применения современных аппаратно-программных средств визуализации и диагностики течений.

В рамках детального кинетического механизма химического взаимодействия численно исследовано детонационное горение стехиометрической водородно-воздушной смеси, поступающей в плоские каналы различной формы со сверхзвуковой скоростью, существенно превышающей скорость распространения самоподдерживающейся детонации. Установлена возможность стабилизации ячеистой детонационной волны при помощи слабого дополнительного подвода энергии, а также без подвода энергии за счет профилирования стенок сопла. Изучена тонкая структура детонационной волны, стабилизированной перед препятствием. Разработан оригинальный программный комплекс для моделирования на ЭВМ с параллельной архитектурой одномерных, двумерных (плоских и осесимметричных) и трехмерных течений многокомпонентных инертных и реагирующих газовых смесей в открытом пространстве, в камерах и каналах со сложной геометрией. Уникальность комплекса определяется реализацией сложной модели построения расчетных сеток для трехмерных многосвязных конфигураций, а также возможностью модификации в процессе расчета быстро изменяющихся во времени расчетных сеток, соответствующих вращающимся элементам конструкции камеры сгорания. С использованием оригинального комплекса программ на суперкомпьютере «Ломоносов» проведено численное моделирование для широкого класса трехмерных нестационарных задач газовой детонации. Определены условия реализации режима галопирующей слоистой детонации для трехмерной конфигурации: канала прямо-угольного сечения с уступом цилиндрической формы. Выполнен анализ формирования детонации в потоке горючей газовой смеси в канале винтовой формы с эллиптическим сечением, в канале переменного квадратного сечения, а также в цилиндрическом канале круглого сечения, внутри которого расположен неподвижный стержень сложной винтовой формы. Изучен процесс спонтанного формирования пространственной трехмерной структуры ячеистой и спиновой детонации в каналах круглого поперечного сечения при инициировании детонации плоской ударной волной у закрытого торца канала. Проведено численное моделирование воспламенения и горения керосино-воздушной смеси при стабилизации пламени водородным воспламенителем в модельной камере сгорания. Предложена двумерная численная модель турбулентного течения в экспериментальной камере сгорания с проточным воспламенителем, основанная на осредненных уравнениях Навье-Стокса для многокомпонентного реагирующего газа и модели турбулентности Спаларта-Алвареса. Проведены экспериментальные исследования влияния размера критического сечения кольцевого сопла на его тяговые характеристики при продувках воздухом комнатной температуры и высокотемпературными продуктами сгорания стехиометрических ацетилено-воздушных смесей. Получен массив новых экспериментальных данных, позволяющих приступить к анализу и уточнению результатов измерений для формулировки практически важных предложений по регулировке тяги сопла путем изменений размера его критического сечения. На основе уравнений Навье-Стокса выполнено численное параметрическое исследование влияния различных факторов на развитие по времени начальных возмущений, вызванных запуском устройства, продуваемого воздухом, при ламинарной модели течения в тяговом устройстве с кольцевым соплом, работающем на продуктах сгорания ацетилена в воздухе. Впервые в расчетах обнаружены режимы течений, при которых стартовые возмущения, сопровождающие запуск кольцевого сопла, не затухают, а переходят в квазипериодический режим. Определены частотный Фурье спектр пульсаций давления в центре тяговой стенки дефлектора и величина тяги сопла. Проведен термодинамический анализ возможности подбора исходных составов смесей горючих газов, моделирующих равновесные продукты сгорания авиационного керосина. Выполнен газодинамический анализ и экспериментальная проверка условий воспламенения и горения газовых смесей, моделирующих керосин, в камере сгорания импульсной аэродинамической установки Института механики МГУ. Проведены работы по подготовке продувок модели тягового модуля продуктами сгорания модельного газофазного керосина. Представлены конкретные составы модельных горючих смесей, результаты расчётов, демонстрирующие соответствие компонентных составов и параметров равновесного сгорания модельных смесей и авиационного керосина.