Применение многоуровневого моделирования в процессе проектирования малоэмиссионных камер сгорания газотурбинных двигателей

DOI: 10.34759/vst-2020-4-159-172

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

Предложен способ применения многоуровневого моделирования в процессе проектирования малоэмиссионных камер сгорания (КС) газотурбинных двигателей (ГТД). В качестве объекта исследования выбрана камера сгорания, выполненная в рамках концепции LPP. Данная концепция основана на сжигании предварительно подготовленной «бедной» топливовоздушной смеси. Многоуровневое моделирование включает в себя выполнение трех стадий расчета: проектировочный расчет, одномерное моделирование, моделирование газодинамических процессов. В статье в соответствии с предложенной методикой произведен расчет параметров по длине жаровой трубы трех камер, в которых установлены горелочные устройства с различными углами закрутки лопаток завихрителя.

Ключевые слова:

газотурбинный двигатель, камера сгорания, моделирование внутрикамерных процессов, малоэмиссионное горение, горелочное устройство

Библиографический список

1. Schluter J., Schonfeld T., Poinsot T., Kreds W., Hoffmann S. Characterization of confined swirl flows using large eddy simulations // ASME Turbo Expo 2001: Power for Land, Sea, and Air (4–7 June 2001; New Orleans, Louisiana, USA). GT2001-0060. DOI: 10.1115/2001-GT-0060

2. Harrison W.E., Zabarnick S. The OSD Assured Fuels Initiative–Military Fuels Produced from Coal. Presented at DoE Clean Coal Conference, Clearwater, FL, June 2007.

3. Lieuwen T., McDonell V., Petersen E., Santavicca D. Fuel Flexibility Influences on Premixed Combustor Blowout, Flashback, Autoignition, and Stability // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. 2008. Vol. 130. No. 1. DOI: 10.1115/1.2771243

4. 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.

5. Орлов М.Ю., Анисимов В.М. Расчётное исследование влияния режима работы компрессора на процессы в камере сгорания газотурбинного двигателя // Вестник Московского авиационного института. 2017. Т. 24. № 2. С. 50-56.

6. Гриценко Е.А., Данильченко В.П., Лукачев С.В. и др. Конвертирование авиационных ГТД в газотурбинные установки наземного применения. – Самара: СНЦ РАН, 2004. – 266 с.

7. Бакланов А.В., Маркушин А.Н. Особенности проектирования и доводки LPP-камеры сгорания // Вестник Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева. 2017. Т. 73. № 2. С. 56-61.

8. Локай В.И., Бодунов М.Н., Жуйков В.В., Щукин А.В. Теплопередача в охлаждаемых деталях газотурбинных двигателей. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1993. – 288 с.

9. Lefebvre A.H., Ballal D.R. Gas Turbine Combustion: Alternative Fuels and Emissions. Third Edition. – CRC Press. Taylor & Francis Group, LLC, 2010. – 557 p.

10. Янковский В.М., Шалаев Г.М., Сыченков В.А. Основы автоматизированного проектирования камер сгорания газотурбинных двигателей: учебное пособие. – Казань: КАИ, 1989. – 80 с.

11. Lefebvre A.H. Fuel effects on gas turbine combustionignition, 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

12. Данильченко В.П., Ковылов Ю.Л., Постников А.М. и др. Проектирование авиационных газотурбинных двигателей. – Самара: Изд-во СНЦ РАН, 2008. – 620 с.

13. Markushin A.N., Baklanov A.V., Tsyganov N.E. Improvement of aircraft GTE emission characteristics by using the microflame fuel combustion in a shortened combustion chamber // Russian Aeronautics. 2013. Vol. 56. No. 4, pp. 401-406. DOI: 10.3103/S1068799813040132

14. Baklanov A.V., Neumoin S.P. A technique of gaseous fuel and air mixture quality identification behind the swirl burner of gas turbine engine combustion chamber // Russian Aeronautics. 2017. Vol. 60. No. 1, pp. 90-96. DOI: 10.3103/S1068799817010135

15. Сабирзянов А.Н., Бакланов А.В., Маркушин А.Н., Тихонов О.А. Влияние угла установки лопаток в горелочном устройстве камеры сгорания на эмиссионные характеристики ГТД // Новые технологии, материалы и оборудование российской авиакосмической отрасли: Сборник докладов Всероссийской научно-практической конференции с международным участием: В 2-х т. Казань: Академия наук Республики Татарстан, 2016. С. 412-418.

16. Lieuwen T.C., Yang V. (eds) Combustion Instabilities In Gas Turbine Engines: Operational Experience, Fundamental Mechanisms, and Modeling // Progress in Astronautics and Aeronautics. 2005. Vol. 210, 657 p. DOI: 10.2514/5.9781600866807.0000.0000

17. Kiesewetter F., Konle M., Sattelmayer T. Analysis of Combustion Induced Vortex Breakdown Driven 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

18. Taylor S.C. Burning Velocity and the Influence of Flame Stretch. – PhD thesis, University of Leeds, Department of Fuel and Energy, 1991. – 332 p.

19. Yi T., Gutmark E.J. Real-time prediction of incipient lean blowout in gas turbine combustors // AIAA journal. 2007. Vol. 45. No. 7, pp. 1734-1739. DOI: 10.2514/1.25847

20. Сабирзянов А.Н., Маркушин А.Н., Бакланов А.В. Моделирование процессов в опытной малоэмиссионной камере сгорания газотурбинного двигателя // Проблемы и перспективы развития двигателестроения: Материалы докладов международной научно-технической конференции (22-24 июня 2016; Самара). Самара: Изд-во Самарского национального исследовательского университета имени академика С.П. Королева, 2016. С. 215-217.

21. ГОСТ 28775-90. Агрегаты газоперекачивающие с газотурбинным приводом. Общие технические условия. – М.: Стандартинформ, 2005. – 12 с.

22. Gokulakrishnan P., Fuller C.C., Klassen M.S. et al. 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

23. 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, 041502-041502-17. DOI: 10.1115/1.3028234

24. Зубрилин И.А., Диденко А.А., Дмитриев Д.Н., Гураков Н.И., Моралес М.Э. Влияние процесса горения на структуру закрученного потока за горелочным устройством камеры сгорания газотурбинной установки // Вестник Московского авиационного института. 2019. Т. 26. № 3. С. 124-136.