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 с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».