Влияние начальной конфигурации факела распыла капель за аэродинамической системой распыливания на равномерность распределения горючего в прямоточной камере сгорания

Аннотация

Исследовано влияние начальной конфигурации факела распыла капель горючего, формируемого аэродинамической системой распыливания, на равномерность распределения горючего в прямоточной модельной камере сгорания. Аэродинамическая система распыливания состоит из нескольких топливоподающих распылителей, принцип работы которых аналогичен карбюратору. В такой системе распыливания горючее впрыскивается в поток воздуха, проходящий через внутренний канал распылителя. Конфигурация факела распыла воздушно-капельной смеси определяется числом и расположением выходных отверстий. Выполнено численное моделирование двухфазного (воздушно-капельного) течения с использованием специализированного программного комплекса "ГиперКуб". Процесс горения капель горючего в такой постановке задачи не моделируется, капли полагаются инертными. В качестве варьируемых параметров выбраны конфигурация факела распыла капель, определяемая профилем распределения массового расхода горючего по высоте распылителей, и размер монодисперсных капель. Получены поля распределения скорости потока, траектории движения капель и трехмерные эпюры распределения расходонапряженности массового потока капель в различных сечениях модельной камеры сгорания. В дополнение к качественному анализу характера распределения траекторий капель в объеме камеры сгорания предложена методика количественной оценки равномерности распределения массового потока капель в заданных сечениях камеры сгорания. В качестве критерия выбрано среднеквадратическое отклонение расходонапряженности массового потока капель от его средней по сечению величины. Определена конфигурация факела распыла капель, обеспечивающая наилучшую равномерность распределения капель горючего в камере сгорания

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Воронецкий А.В., Батенин И.А. Влияние начальной конфигурации факела распыла капель за аэродинамической системой распыливания наравномерность распределения горючего в прямоточной камере сгорания. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2025, № 4 (155), c. 23--42. EDN: KMCMPI

Литература

[1] Воронецкий А.В. Метод сравнительной оценки эффективности горения мелкодисперсного конденсированного горючего в камерах РПД произвольной геометрии. Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016, № 1. EDN: VJOEGP

[2] Арефьев К.Ю., Воронецкий А.В., Прохоров А.Н. и др. Экспериментальное исследование полноты сгорания двухфазных продуктов газификации борсодержащих энергоемких конденсированных составов в высокоэнтальпийном воздушном потоке. Физика горения и взрыва, 2017, № 3, с. 42--52. DOI: http://doi.org/10.15372/FGV20170305

[3] Борисов А.Д. Исследование влияния способа подачи струй в камеру на эффективность смешения и горения топливовоздушной смеси. Труды МАИ, 2016, № 90. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=74721

[4] Вафин И.И., Мингазов Б.Г. Моделирование процесса смешения в камерах сгорания. Вестник КГТУ им. А.Н. Туполева, 2014, № 2, с. 29--32. EDN: STWMIF

[5] Васильев А.Ю., Свириденков А.А., Гольцев В.Ф. и др. Разработка струйного фронтового устройства с закруткой потока для камер сгорания. Теплоэнергетика, 2005, № 11, с. 19--29. EDN: GYFNFX

[6] Рыжов А.А., Гребенюк Г.П., Головкин Ю.В. Результаты экспериментального исследования влияния параметров фронтового устройства камеры сгорания на концентрацию вредных веществ в продуктах сгорания. В кн.: Процессы горения, теплообмена и экология тепловых двигателей. Самара, Самарский ун-т, 2000, c. 224--230. EDN: TZZJDN

[7] Свириденков А.А., Третьяков В.В., Токталиев П.Д. Распыливание топлива и смесеобразование в нестационарных закрученных течениях за фронтовым устройством камеры сгорания с газодинамическим стабилизатором. Тепломассообмен и гидродинамика в закрученных потоках. Тез. докл. V Междунар. конф. Казань, Свое издательство, 2015, с. 156--157. EDN: UYDUST

[8] Назукин В.А. Определение требований к расчетным моделям для прогнозирования аэродинамики фронтовых устройств малоэмиссионных камер сгорания газотурбинных двигателей. Аэрокосмическая техника, высокие технологии и инновации, 2015, № 1, с. 22--26. EDN: VRRAIB

[9] Ливерко Е.А., Логинова А.А., Маслов В.П. и др. Применение метода PSV для исследования характеристик аэрозоля за фронтовым устройством камеры сгорания ГТД. Матер. III Отраслевой конф. по измерительной технике и метрологии для исследований летательных аппаратов. Жуковский, ЦАГИ, 2018, с. 324--344. EDN: UUJXHT

[10] Воронецкий А.В., Филимонов Л.А., Абрамов М.А. и др. Математическое моделирование течения в топливоподающем распылителе прямоточной камеры сгорания. XLIII Академические чтения по космонавтике. М., Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2019, c. 70--71. EDN: YXAQRN

[11] 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. DOI: http://doi.org/10.18698/2308-6033-2022-1-2145

[12] Картовицкий Л.Л., Левин В.М., Яковлев А.А. Численное исследование процесса смешения в прямоточном воздушно-реактивном двигателе. Физика горения и взрыва, 2014, № 3, с. 41--45. DOI: http://doi.org/10.15372/FGV20150305

[13] Петров В.Н., Евдокимов Ю.К., Шабалина О.К. и др. Моделирование многофазных потоков. Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности, 2019, № 1, с. 5--10. DOI: http://doi.org/10.33285/0132-2222-2019-1(546)-5-10

[14] Воронецкий А.В., Краснопольский Б.И., Филимонов Л.А. Специализированный программный комплекс "ГиперКуб" версии 2. Свид. о гос. рег. прогр. для ЭВМ № 2023684218 от 03.11.2023.

[15] Данильченко В.П., ред. Некоторые вопросы проектирования авиационных газотурбинных двигателей. Самара, СНЦ РАН, 2002.

[16] Третьяков В.В., Свириденков А.А., Токталиев П.Д. Распыливание топлива и смесеобразование в нестационарных закрученных течениях за газодинамическим стабилизатором. Известия высших учебных заведений. Авиационная техника, 2017, № 3, с. 106--112. EDN: ZNEAXT

[17] Воронецкий А.В., Сучков С.А., Филимонов Л.А. Особенности течения сверхзвуковых высокотемпературных двухфазных потоков продуктов сгорания в каналах со специально формируемой системой скачков уплотнения. Теплофизика и аэромеханика, 2007, т. 14, № 2, с. 209--218. EDN: IBFGOP

[18] Воронецкий А.В., Арефьев К.Ю., Абрамов М.А. Параметрическое расчетное исследование влияния вероятностного характера отклонений траекторий частиц на неравномерность их локализации в модельном тракте. Инженерный журнал: наука и инновации, 2021, № 8. DOI: http://doi.org/10.18698/2308-6033-2021-8-2107

[19] Baklanov A.V. The influence of the method of fuel supply into the combustion chamber on the quality of mixing and on the carbon oxide formation. Siberian Journal of Science and Technology, 2020, vol. 21, no. 3, pp. 356--363. DOI: http://doi.org/10.31772/2587-6066-2020-21-3-356-363

[20] 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. EDN: YKMJYZ

[21] Нгуен Т.Д., Александров Ю.Б., Сулаиман А.И. и др. 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. EDN: UXIOCH

[22] Нгуен Т.Д., Александров Ю.Б., Мингазов Б.Г. и др. Экспериментальное исследование процесса смешения в камерах сгорания газотурбинных двигателей. Вестник РГАТА имени П.А. Соловьева, 2021, № 4, с. 22--30. EDN: SYJQDK

[23] Бакланов А.В., Маркушин А.Н. Исследование смешения в комбинированном горелочном устройстве малоэмиссионной камеры сгорания ГТД. Вестник КГТУ им. А.Н. Туполева, 2013, № 1, с. 8--14. EDN: SMXCYP

[24] Маркушин А.Н., Бакланов А.В., Салимзянова Г.Ф. Влияние расходных характеристик фронтового устройства на неравномерность температурного поля камеры сгорания ГТУ. Известия Самарского научного центра Российской академии наук, 2016, т. 18, № 1, с. 95--100. EDN: WJDLFJ