Numerical modelling of conglomerates flowing by high-temperature gas flow | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2023. № 86. DOI: 10.17223/19988621/86/4

Numerical modelling of conglomerates flowing by high-temperature gas flow

In this paper, the modeling of conglomerate motion in a uniform and accelerating gas flow is carried out. The gas is viscous, compressible, and heat-conducting. Conglomerate motion is induced by pressure forces. The gas-to-conglomerate heat transfer and the combustion and destruction of the conglomerate are not taken into account. The mathematical model of the motion of conglomerates in the flow of combustion products is based on threedimensional Navier-Stokes equations and the k-ω SST turbulence model. The system of equations is solved numerically using Godunov-type schemes. The problem solution is obtained by means of technologies and calculation algorithms based on dynamic grids. In the developed methodology, the computational grid is constructed according to the Overset method. Numerical simulation of the motion of non-spherical particles in the nozzle block of a solid-fuel rocket engine is performed using the ANSYS Fluent software package. The conglomerate motion in the computational domain is specified by user-defined functions. Numerical studies of the motion characteristics of one spherical particle and three types of conglomerates, which are equivalent in mass and number of particles, in a uniform and accelerating gas flow have been performed. It has been found that when moving in a uniform flow, asymmetric conglomerates deviate significantly from the symmetry axis, and when moving in an accelerating flow, the conglomerates are stabilized in the vicinity of the symmetry axis, even if the initial position of the conglomerates deviates from the axis.

Download file
Counter downloads: 10

Keywords

mathematical simulation, nozzle block, particles, conglomerate

Authors

NameOrganizationE-mail
Eremin Ivan V.Tomsk State Universityiveremin@niipmm.tsu.ru
Kostyushin Kirill V.Tomsk State Universitykostushink@niipmm.tsu.ru
Rashkovskiy Sergey A.Ishlinsky Institute for Problems in Mechanics of the Russian Academy of Sciences; Tomsk State Universityrash@ipmnet.ru
Zhil’tsov Konstantin N.Tomsk State Universitykonstantin@niipmm.tsu.ru
Всего: 4

References

Штехер М.С. Топлива и рабочие тела ракетных двигателей. М. : Машиностроение, 1976. 167 с.
Базжин А.П., Благосклонов В.И., Минайлос А.Н., Пирогова С.В. Обтекание сферы сверх звуковым потоком совершенного газа // Ученые записки ЦАГИ. 1971. № 3. C. 95-100.
Гродзовский Г.Л. О движении мелких частиц в газовом потоке // Ученые записки ЦАГИ. 1974. № 2. C. 80-89.
Емельянов В.Н., Тетерина И.В., Волков К.Н. Сопротивление и теплообмен металлоксидных агломератов в потоке продуктов сгорания твердого топлива // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2020. Т. 21 (1). С. 1-23. doi: 10.33257/PhChGD.21.1.893.
Ветлуцкий В.Н., Ганимедов В.Л., Мучная М.И. Исследование потока газа с твердыми частицами в сверхзвуковом сопле // Прикладная механика и техническая физика. 2005. Т. 46, № 6. С. 65-77.
Воронецкий А.В., Смоляга В.И., Арефьев К.Ю., Гусев А.А., Абрамов М.А. Параметриче ское исследование взаимодействия частиц конденсированной фазы с высокоэнтальпийным потоком воздуха в прямоточной камере сгорания // Инженерный журнал: наука и инновации. 2017. № 8 (68). С. 1-18. doi: 10.18698/2308-6033-2017-8-1663.
Гильманов А.Н. Методы адаптивных сеток в задачах газовой динамики. М. : МАИК Наука / Интерпериодика, 2000. 247с.
Лебедев А.С., Лисейкин В.Д., Хакимзянов Г.С. Разработка методов построения адаптив ных сеток // Вычислительные технологии. 2002. Т. 7, № 3. С. 29-43.
Зайцев Д.К., Щур Н.А. Применение деформируемых сеток для численного моделирова ния течений в областях с подвижными границами // Научно-технические ведомости СПбГТУ. 2006. № 5-1. С. 15-22.
Козелков А.С., Ефремов В.Р., Куркин А.А., Тарасова Н.В., Уткин Д.А., Тятюшкина Е.С. Моделирование движения тел в вязкой несжимаемой жидкости // Сибирский журнал вычислительной математики. 2019. Т. 22, № 3. С. 261-280. doi: 10.15372/SJNM20190302.
Пирогов В.Б., Северинов Л.И. О расчете внутренних течений вязкого теплопроводного газа // ВИНИТИ. 1977. № 3359-77. Деп.
Червакова А.В., Костюшин К.В. Исследование характеристик движения несферических частиц конденсированной фазы в потоке продуктов сгорания // Перспективы развития фундаментальных наук : сб. науч. тр. XIX Междунар. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. Томск, 2022. № 3. С. 36-38.
Menter F.R., Kuntz M., Langtry R. Ten years of industrial experience with the SST Turbulence model // Proceedings of the 4th International Symposium on Turbulence. Heat and Mass Transfer. West Redding : Begell House Inc., 2003. P. 625-632.
 Numerical modelling of conglomerates flowing by high-temperature gas flow | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2023. № 86. DOI: 10.17223/19988621/86/4

Numerical modelling of conglomerates flowing by high-temperature gas flow | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2023. № 86. DOI: 10.17223/19988621/86/4

Download full-text version
Counter downloads: 120