Влияние диаметра центрального тела двухконтурной горелки на выбросы вредных веществ

DOI: 10.34759/vst-2020-3-139-145

Авторы

Бакланов А. В.

Казанский национальный исследовательский технический университет имени А.Н. Туполева – КАИ, ул. Карла Маркса, 10, Казань, 420111, Россия

e-mail: andreybaklanov@bk.ru

Аннотация

Рассмотрена конструкция двухконтурной горелки малоэмиссионной камеры сгорания газотурбинного двигателя, работающего на природном газе. Проведены результаты исследования трех горелок, отличающихся диаметром выходной части развитой втулки завихрителя. Описано стендовое оборудование, перечислены особенности проведения экспериментального исследования. Представлены результаты исследований по измерению концентрации компонентов конечной газовой смеси, в частности оксида углерода CO, оксидов азота NO и несгоревших углеводородов СН, в продуктах сгорания. Выполнен расчет полноты сгорания топлива. Произведен выбор горелки, показавшей минимальное значение концентрации оксидов азота и максимальный уровень полноты сгорания в отбираемых пробах.

Ключевые слова:

двухконтурная горелка, малоэмиссионная камера сгорания, эксперимент, полнота сгорания, экология

Библиографический список

1. Lefebvre A.H., Ballal D.R. Gas Turbine Combustion: Alternative Fuels and Emissions. – Third Edition. CRC Press, 2010. – 557 p.

2. Lefebvre A.H. Fuel effects on gas turbine combustion-ignition, stability, and combustion efficiency // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. 1985. Vol. 107. No. 1, pp. 24-37. DOI: 10.1115/1.3239693

3. Гриценко Е.А., Данильченко В.П., Лукачев С.В., Рез ник В.Е., Цыбизов Ю.И. Конвертирование авиационных ГТД в газотурбинные установки наземного применения. – Самара, СНЦ РАН, 2004. – 266 с.

4. Moses C.A., Roets P.N.J. Properties, Characteristics and Combustion Performance of Sasol Fully Synthetic Jet Fuel // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. 2009. Vol. 131. No. 4. DOI: 10.1115/1.3028234

5. Маркушин А.Н., Меркушин В.К., Бышин В.М., Бакланов А.В. Усовершенствование конструкции камер сгорания традиционных схем в целях улучшения экологических показателей ГТД // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2010. № 1. С. 41-44.

6. Lee S., Speight J.G., Loyalka S.K. Handbook of Alternative Fuel Technologies. – 2nd Edition. – CRC Press, Boca Raton, FL, 2014. – 712 p.

7. Бакланов А.В. Управление процессом сжигания топлива путем изменения конструкции горелки в камере сгорания газотурбинного двигателя // Вестник Московского авиационного института. 2018. Т. 25. № 2. С. 73-85.

8. Мингазов Б.Г. Камеры сгорания газотурбинных двигателей. – Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2004. – 220 с.

9. Бакланов А.В., Неумоин С.П. Методика определения качества смешения газообразного топлива и воздуха за вихревой горелкой камеры сгорания ГТД // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2017. № 1. С. 87–92.

10. 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.

11. Бакланов А.В., Маркушин А.Н., Цыганов Н.Е. Влияние формы насадки вихревой горелки на смешение в закрученной струе // Вестник Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева. 2014. № 3. С.13-18.

12. Гриценко Е.А., Данильченко В.П., Лукачев С.В. и др. Некоторые вопросы проектирования авиационных газотурбинных двигателей. – Самара: СНЦ РАН, 2002. – 527 с.

13. Sadiki A., Repp S., Schneider C., Dreizler A., Janicka J. Numerical and experimental investigations of confined swirling combusting flows // Progress in Computational Fluid Dynamics, an International Journal. 2003. Vol. 3. No. 2-4, pp. 78-88. DOI: 10.1504/PCFD.2003.003778

14. Zheng H., Zhang Z., Li Y., Li Z. Feature-Parameter-Criterion for Predicting Lean Blowout Limit of Gas Turbine Combustor and Bluff Body Burner // Mathematical Problems in Engineering. 2013. Vol. 2013. Article ID 939234, 17 p. DOI: 10.1155/2013/939234

15. Roy G.D., Frolov S.M., Netzer D.W., Borisov A.A. High-Speed Deflagation and Detonation: Fundamentals and Control. – ELEX-KM Publishers, 2001. – 357 p.

16. Kiesewetter F., Konle M., Sattelmayer T. Analysis of Combustion Induced Vortex Breakdown Driven Flame Flashback in a Premix Burner With Cylindrical Mixing Zone // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. 2007. Vol. 129. No. 4, pp. 929–936. DOI: 10.1115/1.2747259

17. Lieuwen T.C., Yang V. Combustion Instabilities in Gas Turbine Engines: Operational Experience, Fundamental Mechanisms, and Modeling // Progress in Astronautics and Aeronautics. Vol. 210. AIAA, Reston, VA, 2005. – 657 p.

18. Acharya V., Lieuwen T. Role of Azimuthal Flow Fluctuations on Flow Dynamics and Global Flame Response of Axisymmetric Swirling Flames // AIAA SciTech: 52nd Aerospace Sciences Meeting (13-17 January 2014, National Harbor, Maryland). 2014, pp. 13-17. DOI: 10.2514/6.2014-0654

19. Durbin M.D., Vangsness M.D., Ballal D.R., Katta V.R. Study of Flame Stability in a Step Swirl Combustor // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. 1996. Vol. 118. No. 2, pp. 308- 315. DOI: 10.1115/1.2816592

20. Gokulakrishnan P., Fuller C.C., Klassen M.S., Joklik R.G., Kochar Y.N., Vaden S.N., Seitzman J.M. Experiments and modeling of propane combustion with vitiation // Combustion and Flame. 2014. Vol. 161. No. 8, pp. 2038-2053. DOI: 10.1016/j.combustflame.2014. 01.024

21. Канило П.М., Подгорный А.Н., Христич В.А. Энергетические и экологические характеристики ГТД при использовании углеводородных топлив и водорода. – Киев: Наукова думка, 1987. – 224 с.