Чисельне моделювання витікання двохфазного потоку зі ствола детонаційної установки

Autor: Zorik, Ihor
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2020
Předmět:
Zdroj: Technology audit and production reserves; Том 2, № 1(52) (2020): Industrial and technology systems; 32-37
Technology audit and production reserves; Том 2, № 1(52) (2020): Виробничо-технологічні системи; 32-37
Technology audit and production reserves; Том 2, № 1(52) (2020): Производственно-технические системы; 32-37
ISSN: 2664-9969
2706-5448
Popis: The object of research is the application of detonation coatings using cheap and safe energy sources without reducing the quality characteristics of the coatings. One of the significant drawbacks of the detonation-gas method, from the point of view of safety and cost, is the widespread use of acetylene-oxygen mixtures. To some extent, the use of propane-butane mixtures solves the problem, however, the energy parameters of the process are reduced, which leads to the search for a compromise solution - methylacetylene-allene fraction (MAF). This energy carrier occupies an intermediate position in terms of energy characteristics and at the same time is stable and safe. The use of various energy carriers requires detailed information on the dynamics of the behavior of detonation products and sprayed particles in the barrel of a detonation unit. In the course of research, the problem of the development of deflagration combustion, the transition to detonation inside the unit’s technological channel and the movement of the detonation and shock wave front based on the Navier-Stokes equations with a two-layer Menter’s turbulence model is solved. To calculate multiphase flows, a volume of fluid model (VOF) is used, which assumes that two liquids (or phases) or more do not mix and do not penetrate each other. The results of numerical modeling of the process of expiration of detonation products from the barrel of a detonation unit, as well as the heat exchange process between combustion products and powder particles, are presented. The velocities and temperatures of alumina particles are determined for various ratios of MAF/oxygen at the outlet of the process channel and in front of the substrate. The results of numerical modeling are compared with experimental data. It is shown that the model used adequately describes the heat transfer process. As a result of the studies, it is justified to use MAF as an energy carrier without reducing the quality of coatings of oxide ceramics. The developed mathematical model is suitable for modeling the process from any combination of gas components capable of detonating.
Объектом исследования является нанесение детонационных покрытий с применением дешевых и безопасных энергоносителей без снижения качественных характеристик покрытий. Одним из существенных недостатков детонационно-газового метода, с точки зрения безопасности и стоимости, является широкое использование ацетилен-кислородных смесей. В некоторой степени применение пропанобутановых смесей решает проблему, однако снижаются энергетические параметры процесса, что обуславливает поиск компромиссного решения – метилацетилен-алленовой фракции (МАФ). Этот энергоноситель занимает промежуточное положение по энергетическим характеристикам и при этом является стабильным и безопасным. Применение различных энергоносителей требует детальной информации о динамике поведения продуктов детонации и напыляемых частиц в стволе детонационной установки. В ходе исследований решена задача о развитии дефлаграционного горения, перехода в детонацию внутри технологического канала установки и движения фронта детонационной и ударной волн на основе уравнений Навье-Стокса с двухслойной моделью турбулентности Ментера. Для расчета многофазных потоков использовалась модель объема жидкости (VOF), которая предполагает, что две жидкости (или фазы) или более не смешиваются и не проникают друг в друга. Приведены результаты численного моделирования процесса истечения продуктов детонации из ствола детонационной установки, а также процесса теплообмена между продуктами сгорания и частицами порошка. Определены скорости и температуры частиц оксида алюминия для различных соотношений МАФ/кислород на выходе из технологического канала и перед подложкой. Проведено сравнение результатов численного моделирования с данными экспериментальных исследований. Показано, что использованная модель адекватно описывает процесс теплообмена. В результате проведенных исследований обосновано применение в качестве энергоносителя МАФ без снижения качества покрытий из оксидной керамики. Разработанная математическая модель пригодна для моделирования процесса из любых сочетаний газовых компонентов, способных детонировать
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
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: