Numerical simulation of the outflow of two phase flow from detonation unit barrel

Ihor Zorik

doi:10.15587/2706-5448.2020.201928

Автор(и)

Ihor Zorik Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут», вул. Чкалова, 17, м. Харків, Україна, 61070, Україна https://orcid.org/0000-0003-3053-2369

DOI:

https://doi.org/10.15587/2706-5448.2020.201928

Ключові слова:

детонаційне напилювання, газотермічні покриття, теплообмін в двофазному потоці, математичне моделювання процесів детонації.

Анотація

Об'єктом дослідження є нанесення детонаційних покриттів із застосуванням дешевих і безпечних енергоносіїв без зниження якісних характеристик покриттів. Одним із суттєвих недоліків детонаційному-газового методу, з точки зору безпеки та вартості, є широке використання ацетилен-кисневих сумішей. В деякій мірі застосування пропан-бутанових сумішей вирішує проблему, проте знижуються енергетичні параметри процесу, що обумовлює пошук компромісного рішення – метилацетилен-алленової фракції (МАФ). Цей енергоносій займає проміжне положення за енергетичними характеристиками і при цьому є стабільним і безпечним. Застосування різних енергоносіїв вимагає детальної інформації про динаміку поведінки продуктів детонації та частинок, що напилюються в стовбурі детонаційної установки. В ході досліджень вирішена задача про розвиток дефлаграціонного горіння, переходу в детонацію всередині технологічного каналу установки та руху фронту детонаційної та ударної хвилі на основі рівнянь Нав'є-Стокса з двошаровою моделлю турбулентності Ментера. Для розрахунку багатофазних потоків використовувалася модель об'єму рідини (VOF), яка передбачає, що дві рідини (або фази) або більш не змішуються та не проникають одна в одну. Наведено результати чисельного моделювання процесу витікання продуктів детонації зі стовбура детонаційної установки, а також процесу теплообміну між продуктами згоряння та частинками порошку. Визначено швидкості та температури частинок оксиду алюмінію для різних співвідношень МАФ/кисень на виході з технологічного каналу та перед підкладкою. Проведено порівняння результатів чисельного моделювання з даними експериментальних досліджень. Показано, що використана модель адекватно описує процес теплообміну. В результаті проведених досліджень обґрунтовано застосування в якості енергоносія МАФ без зниження якості покриттів з оксидної кераміки. Розроблена математична модель придатна для моделювання процесу з будь-яких поєднань газових компонентів, здатних детонувати

Біографія автора

Ihor Zorik, Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут», вул. Чкалова, 17, м. Харків, Україна, 61070

Доцент

Кафедра технологій виробництва авіаційних двигунів

Посилання

De Souza, V., Neville, A. (2003). Corrosion and erosion damage mechanisms during erosion–corrosion of WC–Co–Cr cermet coatings. Wear, 255 (1-6), 146–156. doi: http://doi.org/10.1016/s0043-1648(03)00210-2
Tucker, R. C. (1995). Plasma Spray, Detonation Gun, and HVOF Deposition Techniques. Materials and Processes for Surface and Interface Engineering, 245–284. doi: http://doi.org/10.1007/978-94-011-0077-9_7
Yun, A. (2005). Development and Analysis of Advanced Explicit Algebraic Turbulence and Scalar Flux Models for Complex Engineering Configurations. Darmstadt. Available at: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/epda/000579/
Spalart, P. R., Deck, S., Shur, M. L., Squires, K. D., Strelets, M. K., Travin, A. (2006). A New Version of Detached-eddy Simulation, Resistant to Ambiguous Grid Densities. Theoretical and Computational Fluid Dynamics, 20 (3), 181–195. doi: http://doi.org/10.1007/s00162-006-0015-0
Wegner, B., Maltsev, A., Schneider, C., Dreizler, A., Sadiki, A., Janicka, J. (2003). Evaluation of URANS performance in Predicting an Unconfined Swirling Flow with Precessing Vortex core based on LES and Experiments. TSFP3, Sendai, 1, 51–56.
Wilcox, D. C. (1994). Turbulence Modeling for CFD. California. Available at: https://www.academia.edu/1160786/Turbulence_modeling_for_CFD
Menter, F. (1993). Zonal Two Equation k-w Turbulence Models For Aerodynamic Flows. 23rd Fluid Dynamics, Plasmadynamics, and Lasers Conference. doi: http://doi.org/10.2514/6.1993-2906
Metilacetilen-allenovaya frakciya (MAF). Available at: https://tgko.ru/spravka/gaz/metilacetilen_allenovaya_frakciya_maf/
Katopodes, N. D. (2019). Volume of Fluid Method. Free-Surface Flow, 766–802. doi: http://doi.org/10.1016/b978-0-12-815485-4.00018-8
Boguslaev, V. A., Dolmatov, A. I., Zhemaniuk, P. D., Kulagin, A. I., Mikhailutsa, V. G., Simonenko, V. A. (1996). Detonatsionnoe nanesenie pokrytii na detali aviadvigatelei i tekhnologicheskogo osnashcheniia s posleduiushchei magnit-noabrazivnoi obrabotkoi. Zaporozhe: Izd. OAO «Motor Sich», 75–104.