Исследование методом теневой анемометрии характеристик формируемого аэродинамической системой распыливания двухфазного газожидкостного потока

Авиационная и ракетно-космическая техника

2025. Т. 32. № 2. С. 138-146.

Авторы

Лепешинский И. А.1*, Батенин А. В.2**, Зотикова П. В.1***, Кучеров Н. А.1****

1. Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4
2. ФГБОУ ВПО «Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана», 105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5, с. 1

*e-mail: igorlepesh@yandex.ru
**e-mail: ivanabatenin@gmail.com
***e-mail: chekmenevapolina024@gmail.com
****e-mail: n.kutcherov@bk.ru

Аннотация

Приведены результаты экспериментального исследования методом теневой анемометрии частиц PSV (Particle Shadow Velocimetry) характеристик факела распыла капель воды, формируемого аэродинамической системой распыливания. Такие системы применяются в прямоточных камерах сгорания, где выполняют функции фронтового устройства. По аналогии с карбюраторами, в аэродинамической системе распыливания жидкость впрыскивается в воздушный поток, проходящий через внутренний канал распылителя и уже в виде воздушно-капельной смеси подается в камеру сгорания. Предсталвено описание экспериментальной установки, обеспечивающей подачу в аэродинамическую систему распыливания воды и воздуха с заданными параметрами. Методом PSV получены распределения по высоте распылителя средней скорости (Vср, м/с) и среднего заутеровского диаметра (d32, мкм) капель в факеле распыла. Дополнительно для качественной оценки равномерности распыливания выполнена скоростная фотосъемка факела.

Ключевые слова:

аэродинамическая системы распыливания, факел распыла капель, прямоточная камера сгорания, метод теневой анемометрии частиц, метод PSV, среднезаутеровский диаметр капель, струйная форсунка

Список источников

  1.  Лепешинский И.А., Антоновский И.В., Гузенко А.А. и др. Влияние граничных условий системы «сопло–струя» на распространение двухфазных газокапельных струй // Вестник Московского авиационного института. 2015. Т. 22. № 4. С. 75-84.
  2.  Силуянова М.В., Челябин О.Г. Пневматический способ подготовки равномерной смеси жидкого топлива с воздухом в камере сгорания ГТД // Вестник Московского авиационного института. 2016. Т. 23. № 4. С. 86-94.
  3.  Силуянова М.В., Челябин О.Г. Применение альтернативных топлив в авиационных газотурбинных двигателях // Труды МАИ. 2016. № 87. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=69695
  4.  Tropea C. Optical particle characterization in flows // Annual Review of Fluid Mechanics. 2011. Vol. 43. No. 1, pp. 399-426. DOI: 10.1146/annurev-fluid-122109-160721
  5.  Adrian R.J., Westerweel J. Particle Image Velocimetry. Cambridge, UK: Cambridge University Press, 2011. 586 p.
  6.  Hofeldt D.L., Hanson R.K. Instantaneous imaging of particle size and spatial distribution in two-phase flows // Applied Optics. 1991. Vol. 30. No. 33, pp. 4936–4948. DOI: 10.1364/AO.30.004936
  7.  Bongiovanni C., Chevaillier J., Fabre J. Sizing of bubbles by incoherent imaging: defocus bias // Experiments in Fluids. 1997. Vol. 23. No. 3, pp. 209–216. DOI: 10.1007/s003480050104
  8.  Rohacs D., Yasar O., Kale U., et al. Past and current components-based detailing of particle image velocimetry: A comprehensive review // Heliyon. 2023. Vol. 9. No. 3. DOI: 10.1016/j.heliyon.2023.e14404
  9.  Арефьев К.Ю., Прохоров А.Н., Савельев А.С. Исследование деструкции капель жидкости в вихревом следе за пилоном при высоких скоростях набегающего воздушного потока // Теплофизика и аэромеханика. 2018. Т. 25. № 1. C. 57-69.
  10.  Van de Hulst H.C., Wang R.T. Glare points // Applied Optics. 1991. Vol. 30. No. 33, pp. 4755-4763. DOI: 10.1364/AO.30.004755
  11.  Hess C.F., L’Esperance D. Droplet imaging velocimeter and sizer: A two-dimensional technique to measure droplet size // Experiments in Fluids. 2009. Vol. 47. No. 1, pp. 171-182. DOI: 10.1007/s00348-009-0645-2
  12.  Jermy M.C., Greenhalgh D.A. Planar dropsizing by elastic and fluorescence scattering in sprays too dense for phase Doppler measurement // Applied Physics B. 2000. Vol. 71. No. 5, pp. 703–710. DOI: 10.1007/s003400000404
  13.  Domann R., Hardalupas Y. Spatial distribution of fluorescence intensity within large droplets and its dependence on dye concentration // Applied Optics. 2001. Vol. 40. No. 21, pp. 3586-3597. DOI: 10.1364/AO.40.003586
  14.  Зуев Ю.В., Истомин Е.А., Лепешинский И.А. и др. Система лазерных измерений дисперсного состава двухфазных потоков // Вестник Московского авиационного института. 2014. Т. 21. № 5. C. 80-87. URL: https://vestnikmai.ru/publications.php?ID=56309
  15.  Вараксин А.Ю., Полежаев Ю.В., Поляков А.Ф. Влияние концентрации частиц на интенсивность пульсаций их скоростей при турбулентном течении газовзвеси в трубе // Теплофизика высоких температур. 1999. Т. 37. № 2. C. 343–346.
  16.  Aisa L., Garcia J.A., Cerecedo L.M., et al. Particle concentration and local mass flux measurements in two-phase flows with PDA. Application to a study on the dispersion of spherical particles in a turbulent air jet // International Journal of Multiphase Flow. 2002. Vol. 28. No. 2, pp. 301-324. DOI: 10.1016/S0301-9322(01)00071-4
  17.  Semidetnov N., Tropea C. Conversion relationships for multidimensional particle sizing techniques // Measurement Science and Technology. 2004. Vol. 15. No. 1, pp. 112-118. DOI: 10.1088/0957-0233/15/1/015
  18.  Kühn J., Charrière F., Colomb T., et al. Axial sub-nanometer accuracy in digital holographic microscopy // Measurement Science and Technology. 2008. Vol. 19. No. 7: 074007. DOI: 10.1088/0957-0233/19/7/074007
  19.  Лепешинский И.А., Ципенко А.В., Решетников В.А. и др. Совместное измерение газодинамических параметров двухфазных высококонцентрированных потоков лазерно-оптическими и зондовыми методами // Вестник Московского авиационного института. 2019. Т. 26. № 3. С. 152-160.
  20.  Ливерко Е.А., Логинова А.А., Маслов В.П. и др. Применение метода PSV для исследования характеристик аэрозоля за фронтовым устройством камеры сгорания ГТД // Материалы III Отраслевой конференции по измерительной технике и метрологии для исследований летательных аппаратов (05–06 июня 2018; Жуковский). Жуковский: Изд-во ЦАГИ, 2018. C. 324-344.
  21.  Силуянова М.В., Челебян О.Г. Применение метода теневой анемометрии частиц для исследования характеристик аэрозоля за фронтовыми устройствами малоэмиссионных камер сгорания газотурбинных двигателей // Вестник Московского авиационного института. 2017. Т. 24. № 1. С. 75-82.
  22.  Ниазбаев К.Т., Ивченкова И.А., Кудрявцев В.А. и др. Экспериментально-аналитическое исследование возникновения выплеска топлива через воздухозаборный патрубок эмульсионного распылителя // Инженерный журнал: наука и инновации. 2022. № 7(127). DOI: 10.18698/2308-6033-2022-7-2194
  23.  Кудрявцев А.В., Кунцев Г.М. Устойчивость процесса горения в камере сгорания с раздельной подачей топлива // В сб.: Клячко Л.А. (ред.) Рабочий процесс в камерах сгорания ПВРД. Труды ЦИАМ № 1307. М.: Изд-во ЦИАМ, 2002. С. 6-27.
  24.  Артемьев Е.В., Востоков В.Ю., Клячко Л.А. Экспериментальное исследование процесса горения в модели камеры сгорания ПВРД с эмульсионно-карбюраторной системой смесеобразования // В сб.: Клячко Л.А. (ред.) Рабочий процесс в камерах сгорания ПВРД. Труды ЦИАМ № 1307. М.: Изд-во ЦИАМ, 2002. С. 77-95.
  25.  Minko A., Guskov O., Arefyev K., Saveliev A. Physical and mathematical modeling of the interaction of water droplets and high-speed gas flow // Applied sciences. 2021. Vol. 11. No. 23: 11146. DOI: 10.3390/app112311146
  26.  Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. Основы проектирования: Учебник / Под ред. Д.А. Ягодникова. 3-е изд., доп. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016. 461 с.
  27.  Ниазбаев К.Т., Ивченкова И.А., Кудрявцев В.А. и др. Методика экспериментального исследования устройства подготовки двухфазной среды // Инженерный журнал: наука и инновации. 2022. № 1(121). DOI: 10.18698/2308-6033-2022-1-2145

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2025