Современный технический уровень паротурбинных энергетических установок, коэффициент полезного действия которых не превышает 40%, был, в основном, достигнут в 60-х годах. Тогда же были начаты работы по исследованию МГД-преобразования энергии, которые могли бы значительно поднять КПД преобразования тепловой энергии в электрическую. Исследования велись во многих странах мира и первоначально были направлены на создание МГД-генераторов, работающих на продуктах сгорания органических топлив с присадкой щелочных металлов для повышения электропроводности газа. Были созданы крупные исследовательские установки как в России (У-02, У-25), так и за рубежом (MARK-VII, CFFF, CDIF). Разрабатывались также взрывные, взрывомагнитные и импульсные МГД-генераторы преобразующие химическую энергию взрывчатых веществ в мощные импульсы электрической энергии [1], а также импульсные МГД-генераторы большой мощности серии «Памир», «Хибины»и др. Эти исследования дали не только большой фактический экспериментальный материал и опыт работы, но и обнаружили ряд серьезных проблем, которые были отмечены академиком А.Е Шейдли-ным в работе [2]. Проблема повышения электропроводности рабочего газа была названа первоочередной.
В конце 60-х годов было открыто явление Т-слоя, после чего в Новосибирске, а затем и в Красноярске, начались исследования МГД-генераторов с Т-слоем. Т-слой позволял повысить электропроводность на несколько порядков путем термической ионизации рабочего газа в локальной области без использования присадки щелочного металла. Был выполнен большой объем теоретических и экспериментальных исследований, которые показали принципиальную возможность организации процесса преобразования энергии с помощью Т-слоя. При этом выявились особенности и недостатки генераторов с Т-слоем. Это, прежде всего, проблемы устойчивости и инициирования Тслоя, а также большие радиационные потери, обусловленные высокой температурой газа в Т-слое. Дальнейшие исследования были связаны с решением этих вновь возникших трудностей. Были выполнены исследования по высокоэнтальпийным МГД-генераторам с самопоглощением излучения в Т-слое [3, 4], а также начаты теоретические и экспериментальные работы по исследованию двумерной структуры и устойчивости Т-слоя.
Сложность решения поставленных задач, обусловленная нестационарностью газоплазменных потоков и необходимостью учета реальных теплофизи-ческих и радиационных характеристик рабочих газов, привела к тому, что основные усилия были направлены на математическое моделирование. Возросшая мощь и доступность вычислительных машин способствовали развитию вычислительных технологий. Трудоемкий и дорогостоящий эксперимент стал рассматриваться как завершающая фаза вычислительного моделирования. В тоже время, постоянно возрастающий интерес к повышению КПД энергетических установок и необходимость создания нетрадиционных источников энергии большой мощности, использующих новые технические решения, обусловили постановку задачи данной работы.
Целью настоящей диссертационной работы являлось:
1. построение вычислительной модели детонационного МГД-генератора с Т-слоем;
2. обоснование с помощью вычислительного эксперимента принципиальной возможности использования Т-слоя для преобразовании энергии потока за фронтом детонационной волны;
3. изучение влияния радиационных характеристик рабочего газа на формирование структуры Т-слоя;
4. численное моделирование работы детонационного МГД-генератора в импульсном режиме;
5. исследование энергетических характеристик детонационного МГД-генератора и возможности их экспериментальной проверки.
Основу диссертации составляют численные исследования работы детонационного МГД-генератора. Диссертация состоит из введения, трех глав и одного приложения.