Experimental investigation and modeling of metallized composite solid propellant combustion with allowance for the size distribution of agglomerates. II. Numerical modeling results
A physical and mathematical model with the results of numerical modeling of metallized solid propellant combustion is presented. The physical and chemical processes occurring in the solid phase are determined by the thermal conductivity equation and the oxidant decomposition equation. In the gas phase, the processes are described based on the approaches of multiphase reacting media dynamics proposed by R. I. Nigmatulin. The conditions for the conservation of components’ mass and energy are specified on the solid propellant surface. Experimental data obtained by the sampling procedure are used to determine the size distributions of the dispersed phase particles leaving the solid propellant surface during combustion. The calculated burning rate satisfies the experimentally obtained values in the pressure range of 2-9 MPa. The numerical study results confirm the assumption that the dispersion of aluminum particles leaving the propellant surface significantly affects the burning rate of the metallized composite solid propellant. Using experimental data on the dispersion of combustion products, the developed physical and mathematical model enables the prediction of the burning rate of metallized composite solid propellants with satisfactory accuracy.
Keywords
condensed combustion products,
aluminum,
burning rateAuthors
| Poryazov Vasiliy A. | Tomsk State University | poryazov@ftf.tsu.ru |
| Glotov Oleg G. | Voevodsky Institute of Chemical Kinetics and Combustion Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences | glotov@kinetics.nsc.ru |
| Krainov Aleksey Yu. | Tomsk State University | a.krainov@ftf.tsu.ru |
| Krainov Dmitriy A. | Tomsk Polytechnic University | kraynov@tpu.ru |
Всего: 4
References
Новожилов Б.В. Нестационарное горение твердых ракетных топлив. М.: Наука, 1973.
Hermance C.E. A model of composite propellant combustion including surface heterogeneity and heat generation // AIAA J. 1966. V. 4 (9). P. 1629-1637.
Moiseeva K.M., Krainov A.Yu.Combustion modeling of composite metallized solid fuel in view of gas-dynamic effects // AIP Conference Proceedings. 2020. V. 2288. Art. 030028. doi 10.1063/5.0028285.
Зенин А.А., Глазкова А.П., Лейпунский О.И., Боболев В.К. Влияние алюминия на горение перхлората аммония с полиформальдегидом // Физика горения и взрыва. 1968. № 3. С. 299-304.
Порязов В.А., Крайнов А.Ю. Численное моделирование погасания пороха Н при резком сбросе давления на основе сопряженной модели горения // Физика горения и взрыва. 2015. Т. 51, № 6. С. 47-52.
Порязов В.А., Моисеева К.М., Крайнов А.Ю. Исследование горения смесевого твердого топлива с добавкой порошка бора // Физика горения и взрыва. 2022. Т. 58, № 5. С. 106-114.
Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. М.: Наука, 1987.
Порязов В.А. Влияние дисперсности частиц алюминия на скорость горения металлизированных смесевых твердых топлив // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2015. Т. 33, № 1. С. 96-104.
Порязов В.А., Глотов О.Г., Крайнов А.Ю., Крайнов Д.А., Сорокин И.В., Суродин Г.С. Экспериментальное исследование и моделирование горения металлизированного смесевого твердого топлива с учетом распределения агломератов по размерам. I. Эксперимент: методика, обработка, результаты // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2024. № 92. С. 125-143. doi: 10.17223/19988621/92/11.
Моисеева К.М., Крайнов А.Ю., Дементьев А.А. Определение критических условий искрового зажигания бидисперсного порошка алюминия в воздухе // Физика горения и взрыва. 2019. Т. 55, № 4. С. 26-33.
Ягодников Д.А. Горение порошкообразных металлов в газо дисперсных средах. 2-е изд., испр. и доп. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2018.
Сандарам Д., Янг В., Зарко В.Е. Горение наночастиц алюминия (обзор) // Физика горения и взрыва. 2015. Т. 51, № 2. С. 37-63.
Порязов В.А., Крайнов А.Ю., Крайнов Д.А. Математическое моделирование горения пороха Н с добавлением порошка алюминия // Инженерно-физический журнал. 2015. Т. 88, № 1. С. 93-101.
Справочник по теплообменникам : в 2 т. / под ред. Б.С. Петухова, В.К. Шикова М.: Энергоатомиздат, 1987. Т. 1.
Годунов С.К., Забродин А.В., Иванов М.Я., Крайко А.Н., Прокопов Г.П. Численное решение многомерных задач газовой динамики, М.: Наука, 1976.
Крайко А.Н. О поверхностях разрыва в среде, лишенной «собственного» давления // Прикладная математика и механика. 1979. Т. 43, № 3. С. 500-510.
Архипов В.А., Горбенко Т.И., Горбенко М.В., Попок В.Н., Савельева Л.А. Влияние каталитических добавок на горение гетерогенных систем, содержащих ультрадисперсный алюминий // Известия вузов. Физика. 2007. Т. 50, № 9/2. С. 12-16.
Порязов В.А., Крайнов А.Ю. Расчет скорости горения металлизированного смесевого твердого топлива с учетом распределения агломератов по размерам // Инженерно-физический журнал. 2016. Т. 89, № 3. С. 568-574.
