Влияние процесса горения на структуру закрученного потока за горелочным устройством камеры сгорания газотурбинной установки

Авиационная и ракетно-космическая техника

Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов

2019. Т. 26. № 3. С. 124-136.

Авторы

Зубрилин И. А. 1*, Диденко А. А. 1**, Дмитриев Д. Н. 2***, Гураков Н. И. 1****, Эрнандэс М. М. 1*****

1. Самарский национальный исследовательский университет им. академика С.П. Королева, Московское шоссе, 34, Самара, 443086, Россия
2. ПАО «Кузнецов», Заводское шоссе, 29, Самара, 443009, Россия

*e-mail: zubrilin416@mail.ru
**e-mail: aanm_didenko@rambler.ru
***e-mail: ddn-rover@mail.ru
****e-mail: nikgurakov@gmail.com
*****e-mail: mariohernandezmo_4_2@hotmail.com

Аннотация

Представлены результаты исследования влияния процессов горения на структуру закрученного потока за горелочным устройством камеры сгорания газотурбинной установки с центральным телом. Экспериментально определены скорости потока с помощью лазерного доплеровского анемометра, состав продуктов сгорания с помощью метода отбора проб с последующим хроматографическим анализом. Проведено моделирование течения и процессов горения в трёхмерной нестационарной постановке с помощью метода моделирования крупных вихрей (Large Eddy Simulation, LES). Показано, что результаты моделирования хорошо согласуются с экспериментальными данными, кроме концентрации промежуточных продуктов сгорания, например СО, во фронте пламени. Для варианта без горения максимальное значение пульсационной составляющей скорости расположено за кромкой центрального тела в области образования крупных когерентных структур. В случае с горением максимальное значение пульсационной составляющей скорости смещается в область взаимодействия зоны обратных токов и основного закрученного потока.

Ключевые слова

газотурбинная установка, камера сгорания, моделирование крупных вихрей, экспериментальные измерения

Библиографический список

  1. Lefebvre A.H., Ballal D.R. Gas turbine combustion: alternative fuels and emissions. – CRC press, 2010. – 538 р.

  2. Пчелкин Ю.М. Камеры сгорания газотурбинных двигателей: Учебник для вузов. – М.: Машиностро­ение, 1984. – 282 с.

  3. Rolls Royce. The jet engine. – Rolls-Royce plc. – Fifth edition. Reprinted 1996 with revisions. – 292 p.

  4. Gupta A.K., Lilley D.G., Syred N. Swirl flows. – Abacus Press, Tunbridge Wells, England, 1984. – 475 p. DOI: 10.1016/0010-2180(86)90133-1

  5. Huang Y, Yang V. Dynamics and stability of lean- premixed swirl-stabilized combustion // Progress in Energy and Combustion Science. 2009. Vol. 35. Issue 4, pp. 293-364. DOI: 10.1016/j.pecs.2009.01.002

  6. Кныш Ю.А. Автоколебания в закрученных струях: монография. – Самара: Изд-во Самарского науч­ного центра РАН, 2006. – 248 с.

  7. Zubrilin I.A., Dmitriev D.N., Matveev S.S., Matveev S.G. Numerical investigation of the nonreacting swirling flow structure downstream of industrial gas turbine burner with the central body // ASME Turbo Expo 2015: Turbine Technical Conference and Exposition (American Society of Mechanical Engineers, Montreal, Quebec, Canada, 15-19 June 2015). Paper No. GT2015-42181, 9 p. DOI: 10.1115/GT2015-42181

  8. Syred N. A review of oscillation mechanisms and the role of the precessing vortex core (PVC) in swirl combustion systems // Progress in Energy and Combustion Science. 2006. Vol. 32. Issue 2, pp. 93-161. DOI: 10.1016/j.pecs. 2005.10.002

  9. Бакланов А.В. Малоэмиссионная камера сгорания диффузионного типа с микропламенным горением для конвертированного авиационного газотурбинного двигателя // Вестник Московского авиационного института. 2017. Т. 24. № 2. С. 57-68.

  10. Орлов М.Ю., Анисимов В.М., Коломзаров О.В. Доводка конструкции камеры сгорания газотурбинного двигателя с тороидальной зоной рециркуляции // Вестник Московского авиационного института. 2018. Т. 25. № 3. С. 97-106.

  11. Бантиков Д.Ю., Васильев В.И., Кустов Д.И., Лавров В.Н., Цыбизов Ю.И., Шариков Б.Ю. Малоэмис­сионная горелка. Патент RU 2442932 C1. Бюлл. № 9, 27.03.2013.

  12. Инновационные лазерные технологии для образовательных целей и научных исследований, http://www.ioit.ru/

  13. Волков К.Н., Емельянов В.Н. Моделирование крупных вихрей в расчетах турбулентных течений. – М.: Физматлит, 2008. – 368 с.

  14. Germano M, Piomelli U., Moin P, Cabot W.H. A dynamic subgrid-scale eddy viscosity model // Physics of Fluids A: Fluid Dynamics. 1991. Vol. 3. No. 7, pp. 1760-1765. DOI: 10.1063/1.857955

  15. Oijen J.A., Goey L.P.H. Modelling of premixed laminar flames using flamelet-generated manifolds // Combustion Science and Technology. 2000. Vol. 161. Issue 1, pp. 113-137. DOI: 10.1080/00102200008935814

  16. Анисимов В.М., Орлов М.Ю., Зубрилин И.А. Расчётная оценка теплового и напряжённо-деформиро­ванного состояния стенок жаровой трубы кольцевой камеры сгорания // Вестник Московского авиа­ционного института. 2016. Т. 23. № 3. С. 29-39.

  17. Ianni J.C. A comparison of the Bader-Deuflhard and the Cash-Karp Runge-Kutta integrators for the GRI- MECH 3.0 model based on the chemical kinetics code Kintecus // Computational Fluid and Solid Mechanics (17–20 June 2003). – Elsevier Science Ltd, 2003, pp. 1368-1372. DOI: 10.1016/B978-008044046-0.50335-3

  18. Zubrilin I.A., Matveev S.S., Matveev S.G., Idrisov D.V. Measurements and Experimental Database Review for Laminar Flame Speed Premixed Ch4/Air Flames // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 302, pp. 012078. DOI: 10.1088/ 1757-899X/302/1/012078

  19. Матвеев С.Г., Орлов М.Ю., Зубрилин И.А. Пробле­мы использования компьютерных технологий при проектировании камер сгорания авиационных ГТД и пути их решения // Вестник Самарского государ­ственного аэрокосмического университета им. ака­демика С.П. Королёва (национального исследова­тельского университета). 2012. № 5-2(36). С. 207­213.

  20. Matveev S.S., Idrisov D.V., Gurakov N.I., Gopalakrishna G., Zubrilin I.A., Matveev S.G., Shchepakina E.A. Simulation of CO and CO2 emissions in model combustion chamber based on the combination LES and Reactor Network model // E3S Web of Conferences. 2019. Vol. 80, pp. 03008. DOI: 10.1051/ e3sconf/20198003008

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2020