Определение передаточной функции пламени в модельном горелочном устройстве

Авиационная и ракетно-космическая техника

2024. Т. 31. № 1. С. 183-191.

Авторы

Гураков Н. И.*, Попов А. Д.**, Коломзаров О. В.***, Моралес М. Э.****, Зубрилин И. А.*****

Самарский национальный исследовательский университет им. академика С.П. Королева, Московское шоссе, 34, Самара, 443086, Россия

*e-mail: nikgurakov@gmail.com
**e-mail: alexpopov1641@gmail.com
***e-mail: kolomzarov@gmail.com
****e-mail: mariohernandezmo_4_2@hotmail.com
*****e-mail: zubrilin416@mail.ru

Аннотация

Представлены результаты определения передаточной функции пламени в модельном горелочном устройстве методом LES как зависимости отношения пульсации интенсивности тепловыделения за горелочным устройством к пульсации скорости потока на входе в горелочное устройство от частоты пульсации скорости потока на входе. Расчетное исследование проведено на модельном горелочном устройстве c предварительной подготовкой топливно-воздушной смеси (ТВС). Амплитуда пульсации скорости ТВС на входе в камеру сгорания составляла 10%, частота пульсации изменялась в диапазоне от 150 до 600 Гц.

По опубликованным экспериментальным данным проведена валидация математической модели по значениям осевой скорости и пульсации скорости на разном удалении от выхода из горелочного устройства. Установлено хорошее согласование расчетных и экспериментальных данных. Полученная в результате зависимость пульсаций тепловыделения от частоты показывает, что с увеличением частоты пульсации скорости потока при заданной амплитуде пульсации скорости отношение пульсаций объемного тепловыделения падает, что согласуется с экспериментальными данными по определению передаточной функции пламени для горелочных устройств схожих конфигураций.

Ключевые слова:

термоакустические пульсации, передаточная функция пламени, модельное горелочное устройство, метод крупных вихрей LES

Библиографический список

  1. Радин Д.В., Макарьянц Г.М., Быстров Н.Д., Тарасов Д.С., Фокин Н.И., Ивановский А.А., Матвеев С.С., Гураков Н.И. Разработка математической модели акустического зонда волноводного типа для измерений пульсаций давления в камере сгорания газотурбинного двигателя // Вестник Московского авиационного института. 2022. Т. 29. № 2. С. 135–143. DOI: 10.34759/vst-2022-2-135-143

  2. Скиба Д.В., Максимов Д.А., Кашапов Р.С., Харисов Т.С. Конструктивные схемы организации пилотного горения в малоэмиссионных камерах сгорания с предварительным смешением топлива и опыт их эксплуатации // Перспективы развития двигателестроения: Сборник Международной научно-технической конференции им. Н.Д. Кузнецова (21–23 июня 2023; Самара). – Самара: Изд-во Самарского университета, 2023. Т. 1. С. 373–374. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=54699873

  3. Ларионов В.М., Зарипов Р.Г. Автоколебания газа в установках с горением. – Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2003. – 227 с.

  4. Радин Д.В. Разработка метода определения динамических характеристик акустического зонда для измерения пульсаций давления в камере сгорания газотурбинных двигателей летательных аппаратов и энергетических установок: Дисс. ... канд. техн. наук. – Самара, 2022. – 109 с.

  5. Радин Д.В., Быстров Н.Д., Макарьянц Г.М. и др. Применение акустического зонда для измерения пульсаций давления в модельной камере сгорания // Перспективы развития двигателестроения: Сборник Международной научно-технической конференции им. Н.Д. Кузнецова (21–23 июня 2023; Самара). Самара: Изд-во Самарского университета, 2023. Т. 1. С. 392–394. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=54699882

  6. Герасименко В.П., Налесный Н.Б. Вибрационное горение в камерах сгорания ГТД // Вестник НТУ «ХПИ»: Сборник научных трудов. Харьков: НТУ «ХПИ», 2006. С. 53–58.

  7. Свердлов Е.Д., Дубовицкий А.Н., Лебедев А.Б. Гидродинамические низкочастотные режимы неустойчивого горения и методы их подавления в малоэмиссионных камерах сгорания газотурбинных установок // Физика горения и взрыва. 2022. Т. 58. № 6. С. 3–11. DOI: 10.15372/FGV20220601

  8. Зубрилин И.А., Диденко А.А., Дмитриев Д.Н., Гураков Н.И., Эрнандес Моралес 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.

  9. Дробыш М.В., Дубовицкий А.Н., Лебедев А.Б. и др. Расчет автоколебаний газа в малоэмиссионных камерах сгорания ГТУ, работающих на газообразном топливе // Перспективы развития двигателестроения: сборник Международной научно-технической конференции им. Н.Д. Кузнецова (21–23 июня 2023; Самара). Самара: Изд-во Самарского университета, 2023. Т. 1. С. 455–456. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=54699909

  10. Зубрилин И.А., Гураков Н.И., Зубрилин Р.А., Матвеев С.Г. Расчет собственных акустических частот камеры сгорания газотурбинной установки // Теплоэнергетика. 2017. № 5. С. 66–72. DOI: 10.1134/S0040363617050095

  11. Сербин С.И., Мостипаненко А.Б., Козловский А.В., Вилкул В.В. Методы снижения интенсивности пульсационного горения в камере сгорания ГТД, работающей на газообразном топливе // Авиационно-космическая техника и технология. 2014. № 8. С. 84–88.

  12. Радин Д.В., Матвеев С.С., Идрисов Д.В. Методика расчета частотных характеристик системы измерения пульсаций давления в проточной части газотурбинного двигателя // XXV Туполевские чтения (школа молодых ученых): Сборник докладов Международной молодежной научной конференции (10–11 ноября 2021; Казань). Казань: ИП Сагиева А.Р., 2021. Том II. С. 98–100. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=48207494

  13. Дробыш М.В., Дубовицкий А.Н., Лебедев А.Б. и др. Численное моделирование автоколебаний газа в камерах сгорания ГТУ // Физика горения и взрыва. 2023. Online First. DOI: 10.15372/FGV2022.9273

  14. Эрнандэс М.М., Зубрилин И.А., Гураков Н.И. и др. Исследование процессов неустойчивого горения в кольцевой камере сгорания газотурбинной установки // Газотурбинные технологии. 2020. № 8(175). С. 28–32.

  15. Дробыш М.В., Дубовицкий А.Н., Лебедев А.Б. Апробация методики численного моделирования неустойчивого горения на модели малоэмиссионной камеры сгорания // Проблемы и перспективы развития двигателестроения: Сборник докладов Международной научно-технической конференции (23–25 июня 2021; Самара). Самара: Изд-во Самарского университета, 2021. Т. 2. С. 136–137. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=47292639

  16. Скиба Д.В., Максимов Д.А., Кашапов Р.С., Харисов Т.С. Особенности контроля пульсаций давления в камерах сгорания наземных газотурбинных установок // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. 2021. Т. 20. № 4. С. 40–51. DOI: 10.18287/2541-7533-2021-20-4-40-51

  17. Волков К.Н., Емельянов В.Н. Моделирование крупных вихрей в расчетах турбулентных течений. – М.: Физматлит. 2008. – 364 с.

  18. Merk M., Silva C.F., Polifke W. et al. Direct Assessment of the Acoustic Scattering Matrix of a Turbulent Swirl Combustor by Combining System Identification, Large Eddy Simulation and Analytical Approaches // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. 2019. Vol. 141. No. 2. Paper No. GTP-18-1280. DOI: 10.1115/1.4040731

  19. Xia Y., Laera D., Morgans A.S. et al. Thermoacoustic limit cycle predictions of a pressurised longitudinal industrial gas turbine combustor // ASME Turbo Expo 2018: Turbomachinery Technical Conference and Exposition (11–15 June 2018; Oslo, Norway). DOI: 10.1115/GT2018-75146

  20. Kuhlmann J., Marragou S., Boxx I. et al. LES-based prediction of technically premixed flame dynamics and comparison with perfectly premixed mode // Physics of Fluids. 2022. Vol. 34. No. 8: 085125. DOI: 10.1063/5.0098962

  21. Garcia A.M., Le Bras S., Prager J. et al. Large eddy simulation of the dynamics of lean premixed flames using global reaction mechanisms calibrated for CH4–H2 fuel blends // Physics of Fluids. 2022. Vol. 34. No. 9: 095105. DOI: 10.1063/5.0098898

  22. Giauque A., Selle L., Gicquel L. et al. System Identification of a Large-Scale Swirled Partially Premixed Combustor Using LES and Measurements // Journal of Turbulence. 2005. Vol. 6. No. 21. DOI: 10.1080/14685240512331391985

  23. Pope S.B. Ten questions concerning the large-eddy simulation of turbulent flows // New Journal of Physics. 2004. Vol. 6. No. 1, pp. 35–59. DOI: 10.1088/1367-2630/6/1/035

  24. van Oijen J.A., de Goey L.P.H. Modelling of premixed laminar flames using flamelet-generated manifolds // Combustion Science and Technology. 2000. Vol. 161. No. 1, pp. 113–137. DOI: 10.1080/00102200008935814

  25. Golden F., Smith G.P., Golden D.M. et al. GRI-Mech 3.0. 2018. URL: http://www.me.berkeley.edu/gri_mech/

  26. Ahmed S.F., Balachandran R., Marchione T., Mastorakos E. Spark ignition of turbulent nonpremixed bluff-body flames // Combustion and Flame. 2007. Vol. 151. Nos. 1-2, pp. 366–385. DOI: 10.1016/j.combustflame.2007.06.012

  27. Balachandran R., Ayoola B.O., Kaminski C.F. et al. Experimental investigation of the nonlinear response of turbulent premixed flames to imposed inlet velocity oscillations // Combustion and Flame. 2005. Vol. 143. Nos 1–2, pp. 37–55. DOI: 10.1016/j.combustflame.2005.04.009

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2024