РАСЧЕТНО-ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕЧЕНИЯ ДВУХФАЗНОГО ПОТОКА В ПЕСКОСТРУЙНОМ АППАРАТЕ

В статье рассматривается возможность конверсионного применения ракетной установки как пескоструйного аппарата для термоабразивной обработки. Получение более высоких итоговых характеристик обрабатываемой поверхности достигается путем воздействия на объект высокотемпературного двухфазного потока, разгоняемого в цилиндрической части сопла установки. Эжекторная подача сыпучего абразива обусловливает относительную простоту конструкции аппарата. Обоснование эффективности устройства подобного рода проведено посредством моделирования газодинамического процесса в программном комплексе вычислительной гидрогазодинамики, расчеты которого базируются на системе уравнений, включающей ключевые параметры как транспортирующего газа, так и частиц твердой фазы. В моделировании процесса учитывается влияние геометрических и режимных особенностей, соответствующих реальной установке-прототипу. При дальнейшем анализе исследуется влияние различных граничных условий на сверхзвуковой двухфазный поток для определения оптимального режима. Учитывается взаимное влияние газового потока и твердых частиц абразива, начиная от сечения подачи порошка и заканчивая выходным сечением сопла. Приведено сравнение полей температуры и давления в зависимости от входных значений, а также основывающиеся на этих значениях поля скоростей рабочего тела. Отдельно проведен анализ зависимости скорости движения твердых частиц от координаты при различных начальных данных температуры и давления. Особенное внимание уделяется рассмотрению степени влияния размера частиц k -фазы на скоростные показатели. В процессе исследования выявлены ключевые способы регулирования установки для достижения заданных режимных параметров. В заключение приводятся выводы об эффективности и конкурентоспособности исследуемого метода термоабразивной обработки.

термоабразивная обработка, пескоструйный аппарат, сверхзвуковой эжектор, двухфазный поток, метод конечных объемов

1. Ягодников Д.А., Александренков В.П., Власов Ю.Н. Актуальные проблемы ракетного двигателестроения. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017. 295 с.

2. Цегельский В.Г. К теории газовых эжекторов с цилиндрической и конической камерами смешения // Известия вузов. Машиностроение. 2012. № 2. С. 46-71.

3. Цегельский В.Г., Акимов М.В., Сафаргалиев Т.Д. Экспериментально-теоретическое исследование режимов работы сверхзвуковых газовых эжекторов с цилиндрической и конической камерами смешения // Известия вузов. Машиностроение. 2012. № 3. С. 48-58.

4. Цегельский В.Г. Струйные аппараты. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017. 573 с.

5. Лепешинский И.А., Решетников В.А., Заранкевич И.А. Численное моделирование и экспериментальное исследование жидкостно-газового двухфазного эжектора со сверхзвуковым профилированным соплом // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. 2017. Т. 16. № 2. С. 164-171.

6. Zhu Y., Cai W., Wen C., Li Y. Numerical investigation of geometry parameters for design of high performance ejectors // Applied Thermal Engineering. 2009. Vol. 29. № 5-6. P. 898-905.

7. Kim S., Kwon S. Experimental determination of geometric parameters for an annular injection type supersonic ejector // Journal of Fluids Engineering. 2006. Vol. 128. № 6. P. 1164-1171.

8. Vojta L., Dvorak V. Measurement and calculating of supersonic ejectors // EPJ Web of Conferences. 2019. Vol. 213. P. 1-7.

9. Dandani M., Lepiller V., Abderrahmane G., Désévaux P. Numerical Visualizations of Mixing Enhancement in a 2D Supersonic Ejector // Fluid Dynamics and Materials Processing. 2018. Vol. 14. № 1. P. 23-37.

10. Минязев Д.В. Абразивные материалы для пескоструйной обработки // Наука и образование сегодня. 2017. № 6. С. 30-34.

11. Chung T.J. Computational Fluid Dynamics. 2nd ed. Cambridge University Press, 2010. 1058 p.

12. Blazek J. Computational Fluid Dynamics: Principles and Applications. 3rd ed. Elsevier, 2015. 451 p.

13. Schlichting Н. Boundary Layer Theory. 7th ed. New York: McGraw-Hill, 1979. 817 p.

14. White F.M. Viscous Fluid Flow. New York: McGraw-Hill, 1991. 614 p.

15. Vinokur М. Conservation Equations of Gas Dynamics in Curvilinear Coordinate Systems // Journal of Computational Physics. 1974. Vol. 14. P. 105-125.

16. Bussing Т.R.А., Murman Е.М. Finite-Volume Method for the Calculation of Compressible Chemically Reacting Flows // AIAA Journal. 1988. Vol. 26. P. 1070-1078.

17. Liepmann H.W., Roshko А. Elements of Gas Dynamics. New York: John Wiley & Sons, 1957. 460 p.

18. Hunter C.A. Experimental investigation of separated nozzle flows // Journal of propulsion and power. 2004. Vol. 20. № 3. P. 527-532.

19. Morsi S.A., Alexander A.J. An investigation of Particle Trajectories in Two-Phase Flow Systems // Journal of Fluid Mechanics. 1972. Vol. 55. № 2. P. 193-208.

20. Bardina J.E., Huang P.G., Coakley T.J. Turbulence Modeling Validation, Testing, and Development. Washington: Ames Research Center, 1997. 87 p.