Влияние угла установки лопаток завихрителя на эффективность смешения потока за фронтовым устройством камеры сгорания ГТД

Авиационная и ракетно-космическая техника

Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов

2021. Т. 28. № 3. С. 146-158.

DOI: 10.34759/vst-2021-3-146-158

Авторы

Александров Ю. Б.*, Нгуен Т. Д.**, Мингазов Б. Г.***, Королькова Е. В.****, Шарафутдинов Р. Р.*****

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

*e-mail: Alexwischen@rambler.ru
**e-mail: nguyenthedat1609@gmail.com
***e-mail: BGMingazov@kai.ru
****e-mail: mustang_mustang@mail.ru
*****e-mail: ramisharafutdinov@gmail.com

Аннотация

Приведены результаты экспериментальных исследований затопленной закрученной струи с различной интенсивностью крутки для разных типов лопаточных завихрителей. Основные исследования при этом были направлены на определение смешения закрученного потока с внешней средой. Показан вывод уравнения аналитической зависимости для определения коэффициента смешения закрученного потока с окружающей средой на основе коэффициента турбулентной диффузии. Экспериментальные данные сопоставляются с полученными аналитическими решениями для профилированных и плоских лопаток завихрителей. Обосновываются полученные результаты с точки зрения гидравлических потерь для разных типов лопаток завихрителя.

Ключевые слова:

камера сгорания ГТД, закрутка потока, коэффициент смешения, профиль лопаток завихрителя

Библиографический список

  1. Lefebvre A.H., Ballal D.R. Gas Turbine Combustion: Alternative Fuels and Emissions. CRC Press; 3rd Edition, 2010. – 557 p.

  2. Дорошко С.М., Глазков А.С. Газотурбинные двигатели гражданской авиации: Учебное пособие. – СПб.: Университет ГА, 2018. – 228 с.

  3. Сипатов А.М., Шилов К.А., Нугуманов А.Д., Абрамчук Т.В. Численная доводка полей температуры газов на выходе из камеры сгорания газотурбинной установки // Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника. 2016. № 46. С. 40-55. DOI: 10.15593/2224-9982/2016.46.02

  4. Ахмедов Р.Б., Балагула Т.Б., Рашидов Ф.К., Сакаев А.Ю. Аэродинамика закрученной струи. – М.: Энергия, 1977. – 240 с.

  5. Zavaleta-Luna D.A., Vigueras-Zúñiga M.O., Herrera-May A.L. et al. Optimized Design of a Swirler for a Combustion Chamber of Non-Premixed Flame Using Genetic Algorithms // Energies. 2020. Vol. 13(9), pp. 1-25. DOI: 10.3390/en13092240

  6. Зубрилин И.А., Диденко А.А., Дмитриев Д.Н., Гураков Н.И., Эрнандэс М.М. 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.

  7. 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.

  8. Mohammed A.A. Mixing in Outer Swirling Coaxial Jets // American Journal of Fluid Dynamics. 2019. Vol. 9(1), pp. 27-34. DOI: 10.5923/j.ajfd.20190901.03

  9. Пиралишвили Ш.А. Вихревой эффект. Т. 1. Физическое явление, эксперимент, теоретическое моделирование: Монография. – М.: Научтехлитиздат, 2012. – 342 с.

  10. Beér J.M., Chigier N.A. Combustion Aerodynamics. — Applied Science Publishers (Elsevier) Ltd, London, 1972. – 265 p.

  11. Орлов М.Ю., Лукачёв С.В., Матвеев С.Г. Моделирование процессов в камере сгорания: Учебное пособие. – Самара: Изд-во Самарского университета, 2017. – 292 с.

  12. Perpignan A.A.V., Talboom M.G., Levy Y., Rao A.G. Emission Modeling of an Interturbine Burner Based on Flameless Combustion // Energy Fuels. 2018. Vol. 32(12), pp. 822-838. DOI: 10.1021/acs.energyfuels.7b02473

  13. Скоробогатов С.В. Обоснование требований, предъявляемых к вновь создаваемым камерам сгорания с поперечной системой вихреобразования авиационных двигателей // Crede Experto: транспорт, общество, образование, язык. 2020. № 3. С. 20-39.

  14. Ralph M., Kuentzmann P., Maurice L., Tilston J. Report of the independent experts to CAEP/8 on the second NOx review and the establishment of medium and long term technology goals for NOx. Technical Report Doc 9953, ICAO, 2010.

  15. Dhanuka S.K., Temme J.E., Driscoll J. Unsteady aspects of lean premixed prevaporized gas turbine combustors: flame-flame interactions // Journal of Propulsion and Power. 2011. Vol. 27. No. 3, pp. 631-641. DOI: 10.2514/1.B34001

  16. Foust M.J., Thomsen D., Stickles R., Cooper C., Dodds W. Development of the GE aviation low emissions TAPS combustor for next generation aircraft engines // 50th AIAA Aerospace Sciences Meeting including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition (09-12 January 2012; Nashville, Tennessee). AIAA 2012-0936. DOI: 10.2514/6.2012-936

  17. Gao H., Fu Z., Zeng Z., Liu J., Weng P. Effects of Swirling Strength of the Premixed Gas Flow on Pollutant Emission in a Heavy-Duty Gas Turbine // 4th International Conference on Advances in Energy and Environment Research (ICAEER 2019). Vol. 118. DOI: 10.1051/e3sconf/201911804038

  18. Vishwanath R.B., Tilak P.M., Chaudhuri S. An experimental study of interacting swirl flows in a model gas turbine combustor // Experiments in Fluids. 2018. Vol. 59:38. DOI: 10.1007/s00348-018-2495-2

  19. Liu T., Bai F., Zhao Z., Lin Y., Du Q., Peng Z. Large Eddy Simulation Analysis on Confined Swirling Flows in a Gas Turbine Swirl Burner // Energies. 2017. Vol. 10(12): 2081. DOI: 10.3390/en10122081

  20. Chaouat B. The State of the Art of Hybrid RANS/LES Modeling for the Simulation of Turbulent Flows // Flow, Turbulence and Combustion. 2017. Vol. 99(2), pp. 279-327. DOI: 10.1007/s10494-017-9828-8

  21. Лефевр А. Процессы в камерах сгорания ГТД / Пер. с англ. С.О. Апельбаума, А.А. Горбатко, A.Д. Рекина, B.И. Ягодкина. / Под ред. д-ра техн. наук, проф. В. Е. Дорошенко. – М.: Мир. – 1986. – 566 с.

  22. Гупта А., Лилли Д, Сайред Н. Закрученные потоки / Пер. с англ. под ред. С.Ю. Крашенинникова. – М.: Мир, 1987. – 588 с.

  23. Митрофанова О.В. Гидродинамика и теплообмен закрученных потоков в каналах ядерно-энергетических установок. – М.: Физматлит, 2010. – 288 с.

  24. Lewis B., Pease R.N., Taylor H.S. Combustion Processes. – Princeton University Press, 1955. – 696 p.

  25. Харитонов В.Ф. Проектирование камер сгорания. – Уфа: УГАТУ, 2008. – 138 с.

  26. Померанцев В.В., Арефьев К.М., Ахмедов Д.Б. и др. Основы практической теории горения: Учебное пособие. – 2-е изд., перераб. и доп. – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1986. – 312 с.

  27. Александров Ю.Б., Нгуен Т.Д., Мингазов Б.Г., Сулаиман А.И. Влияние расчетной сетки на результаты численного расчета трехмерного нестационарного закрученного потока за лопаточным завихрителем // Вестник Московского авиационного института. 2020. Т. 27. № 1. С. 122-132. DOI: 10.34759/vst-2020-1-122-132

  28. Nguyen T.D., Aleksandrov Y.B., Mingazov B.G. Study of mixing in a swirling jet // AIP Conference Proceedings. 2020. Vol. 2211. Issue 1, p. 040007-1 – 040007-7. DOI: 10.1063/5.0003049

  29. Мингазов Б.Г. Камеры сгорания газотурбинных двигателей. Конструкция, моделирование процессов и расчет: Учебное пособие. – Изд. 2-е, испр. – Казань: Изд-во Казанского государственного технического университета, 2006. – 220 с.

  30. Кутателадзе С.С., Волчков Э.П., Терехов В.И. Аэродинамика и тепломассообмен в ограниченных вихревых потоках. – Новосибирск: Изд-во Ин-та теплофизики СО АН СССР, 1987. – 282 с.

  31. Нгуен Т.Д., Александров Ю.Б., Сулаиман А.И., Мингазов Б.Г. Экспериментальное и численное определение коэффициента смешения за различными лопаточными завихрителями камеры сгорания газотурбинного двигателя // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2020. № 4. С. 101-107.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2024