Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?
https://wos-scopus.com
Научные направления
Поделиться:
Разделы: Техника
Размещена 10.02.2014. Последняя правка: 10.02.2014.

Исследование процессов горения в камерах сгорания ГТД

Валиев Тимур Ринатович

Бакалавр

КНИТУ-КАИ им. А. Н. Туполева

Студент магистратуры

Научный руководитель: Мингазов Б.Г.


Аннотация:
В данной работе изложено следующее: Показаны влияние неоднородности смеси на срыв пламени. Предложен метод учета влияния неоднородности на стабилизацию пламени по составу смеси в ЗГ. Проведен расчетный анализ влияния неоднородности. Проведено сопоставление с экспериментальными данными


Abstract:
In this work includes the following: Shows the influence of inhomogeneity of the mixture on the flameout. Proposed method of accounting for the effects of heterogeneity at stabilizing of flame composition of the mixture in the combustion zone. Has been analysed influence of heterogeneity. A comparison with experimental data


Ключевые слова:
стабилизация пламени, влияние неоднородности

Keywords:
flame stabilisation, influence of inhomogeneity


УДК 621.3.002.3(076.5)

Скорость потока на входе в камеры сгорания достигает  нескольких десятков, а иногда и сотен метров в секунду.  Скорость распространения пламени при сгорании обычных  углеводородных топлив в тех же условиях существенно меньше и  составляет, как правило, метры или десятки метров в  секунду. Следовательно, если в камере отсутствует постоянный источник поджигания, то не может существовать и стационарный факел  пламени, так как при названном соотношении скоростей пламя будет сноситься потоком. Стационарное пламя может существовать лишь при наличии постороннего непрерывного источника  поджигания или при наличии точки или зоны, где скорость  распространения пламени равна скорости потока. В последнем случае такую область можно рассматривать как неподвижный источник поджигания, от которого пламя будет распространяться в поток.

Обычно необходимо принимать специальные меры для  удержания (стабилизации) пламени в прямоточной камере сгорания Обеспечение  стабилизации фронта пламени в зоне горения. Высокий уровень форсировки камер сгорания обычно требуют обеспечения высоких скоростей движения потока, больших,  чем скорость распространения пламени. Поэтому, назначение стабилизатора пламени состоит в том, чтобы создать в высокотемпературном газовом потоке область со скоростью меньшей, чем скорость распространения пламени в топливовоздушной смеси. Данный принцип может быть реализован созданием зоны обратных токов как в результате соударения струй первого пояса отверстий, так и в результате постановки завихрителей в головной части жаровой трубы (рис.2.3 и.2.4).
мв
Рис 2.3. Создание зоны обратных токов в результате соударения струй первого пояса отверстий (КС с "глухим" фронтом)

ыпви
 Рис 2.4. Создание зоны обратных токов в результате постановки завихрителя в головной части жаровой трубы (КС с "открытым" фронтом)

– Оптимальное распределение распыленного топлива по сечению воздушного потока без попадания частиц топлива на стенки жаровой трубы. Как правило, подается полый конический факел топлива в области потока, примыкающего снаружи к зоне обратных токов, где градиент скоростей будет максимальным. Этим обеспечивается хорошее смешение топлива с воздухом, необходимое для осуществления эффективного процесса сгорания топлива. В случае сжигания газообразного топлива оптимальное смешение газообразного топлива с воздухом достигается взаимодействием газовых струй и закрученного потока воздуха за фронтовым устройством.

Простые физические соображения подсказывают, что  стабилизация осуществляется тем лучше, чем ближе состав смеси к стехиометрическому, чем больше размеры стабилизатора и меньше скорость потока. Изменением этих параметров можно добиться того, что условия стабилизации нарушатся и распространение пламени в камере прекратится (на фиг.УП.5 изображены  типичные кривые пределов стабилизации пламени плохообтекаемыми  телами).
ывм

Срыву пламени со  стабилизатора предшествует  уменьшение скорости распространения ламени. Угол конуса пламени за стабилизатором при этом уменьшается. С приближением к срывным пределам форма конуса пламени изменяется, и в том месте, которое соответствует концу зоны рециркуляции, конус сужается. Распространяющееся в основной поток пламя перед срывом иногда становится  неустойчивым. Наконец пламя  срывается, сносится потоком,  горение в зоне обратных токов также прекращается. Однако в некоторых случаях горение в зоне обратных токов продолжается. Это можно объяснить тем, что пламя, начавшее проникновение в основной  поток, увлекается массами газа, поступающими в зону рециркуляции. Энергии, которой располагает зона рециркуляции, оказывается  недостаточно для поджигания основного потока, но ее еще довольно для поддержания процесса в зоне обратных токов.

В реальных условиях работы авиационных ГТД

В КС происходит горение неоднородных горючих смесей. Это оказывает влияние на стабилизацию пламени. Влияние неоднородности можно учитывать путем расчета состава смеси по испаренному топливу в ЗГ. Для определения количества испаренного топлива необходимо определить долю топлива попадающего в ЗГ. Это можно определить из условия распределения капель топлива в факеле.

Удобно использовать тепловую теорию стабилизации пламени в котором рассматривается тепло

q1- тепло необходимое для поджигания

q2 –тепло выделяемое при горении в ЗГ

Условие стабилизации пламени обеспечивается при балансе теплот:

q1=q2

(dзот*Uн(Tз-T02)**2)/(W*Аm*(TB-T0))=const

После преобразований можно получить критерии стабильности
м

αзг- коэф-т избытка воздуха в зоне горения

δ- коэф-т показывающее какое количество топливо попадает в зону горения

Кср- критерии срыва

Рк- давление за компрессором

Тк- температура за компрессором

Vзг- объем зоны горения

R-газовая постоянная

dк- диаметр капли

Uн – нормальная скорость распространения пламени

(Тв – Т0) – разность температур в зоне воспламенения и потока свежей смеси

При горении однородных смесей можно принять, что температура в зоне воспламенения Тв  равно температуре  в зоне обратных токов Тз,  вследствии чего в рассмотренном критериальном соотношении разности температур сокращаются и оно преобразуется в известный критерий стабилизации пламени, получаемый на основе контактной теории.

аи

По графику наблюдается красной линей обозначено горение неоднородной смеси, синей линией обозначено горение однородной смеси и светло-зеленой линией обозначено горение однородной смеси снятые экспериментальным путем. Наблюдается что горение не однородной смеси ухудшается это связано с тем что ухудшается мелкость распыла. Вследствие этого ухудшается смесеобразование в зоне горения и границы срыва пламени сужаются

Например , если z=1, то топливо однородно и горение описывается в соответствии с кривой синей линией, если z

Z-это испаренность топлива определяется δ

Таким образом  при неоднородных смесях топлива  для благоприятной работы камеры сгорания необходимо обеспечивать более богатые составы смеси  в ЗОТ

 

На основе полученных данных, был произведен расчет геометрических параметров  и характеристик камеры сгорания ГТД. Для оптимизации полученных данных была использована  одномерная программа «Камера», созданная на кафедре АД и ЭУ, что значительно сократило время и число вариантов КС при решении поставленной задачи – создание камеры сгорания с высоким коэффициентом полноты сгорания, за счет учета  неоднородности.
квп

Добивались чтобы коэффициент полноты сгорания(ηv ) стремилась к 1. потому что не целесообразно создавать камеру сгорания с низким коэффициентом в противном случае топливо воздушная смесь не полностью не прогорит а это влечет за собой целую цепочку последствий.

Этот коэффициент является основным показателем камеры сгорания

 

Вывод:

Исследована тепловая теория стабилизации пламени.

 Показаны влияние неоднородности смеси на срыв пламени.

 Предложен метод учета влияния неоднородности на стабилизацию пламени по составу смеси в ЗГ

 Проведен расчетный анализ влияния неоднородности

Проведено сопоставление с экспериментальными данными.

Библиографический список:

1. Мингазов Б.Г. Камеры сгорания газотурбинных двигателей. Конструкция, моделирования процессов и расчет: Учебное пособие. Издание второе, исправленное. Казань: Изд. Казан. гос. техн. ун-та, 2006, 220
2. Талантов А. В.. Основы теории горения. Издательство Казан. гос. техн. ун-та, 1975.-252 стр.
3. Бортников М. Т.. Труды ЦИАМ №613 Стабилизация процесса горения в камерах сгорания.




Рецензии:

19.02.2014, 13:21 Копылов Алексей Филиппович
Рецензия: На мой субъективный взгляд: 1. Следовало бы в названии написать полностью "газотурбинный двигатель" (если я правильно понял, это то, что обозначено в существующем названии как ГТД), так как никто не должен догадываться, что зашифровал автор. То же относится к термину "зона горения" (следовало бы в тексте при первом упоминании писать не ЗГ, а полное название и в скобках аббревиатуру, тем более недопустимо это делать в аннотации, где и так с трудом можно понять, о чем идет речь). аналогичные нерасшифрованные аббревиатуры встречаются и далее по тексту статьи (КС, ЗОТ). 2. Нумерация рисунков почему-то начинается с цифры 2: Фиг. 2.3 и 2.4, а далее вообще идет номер какой-то странный - УП.5. После рисунка под номером УП.5 следует два графика, вообще не имеющие никакой нумерации. 3. Первая фраза после последнего непронумерованного графика содержит обороты не в тех падежах: "...коэффициент...стремилась к1.", а после точки фраза продолжается, как ни в чем не бывало. Часть этой фразы "...в противном случае топливо воздушная смесь не полностью не прогорит а это влечет за собой целую цепочку последствий". Знаков препинания нет, два раза предлог "не" и непонятно, что хотел сказать автор. И что за цепочка последствий - положительных или отрицательных? 4. Приведенные формулы не столь уж сложны, чтобы их нельзя было набрать в общепринятом Equation редактора WORD или в MathType. Вставлять такие кусочки бумажек с написанными на них от руки формулами в нашем 21 веке как-то несовременно. Общее впечатление от представленной статьи: ни нормальной постановки задачи, ни нормального внятного объяснения как и зачем что выполнено, ни нормального заключения нет. Создается впечатление, что представленная статья есть часть какой-то более существенной по объему работы (например, выпускной квалификацинной работы бакалавра, или что-то в этом роде), причем не подкорректированной и не отшлифованной для представления в виде статьи. Более того. тот обширный перечень выполненных работ и достижений, который приведен в конце статьи, на мой взгляд, не подтверждается материалами самой статьи. Если бы автору удалось выполнить такой объем исследований, как перечислено в разделе "Выводы", он мог бы претендовать на звание академика. Особенно внушительно выглядит утверждение "исследована тепловая теория стабилизации пламени". Недалеко от этого утверждения ушло и другое - "Предложен метод учета влияния неоднородности..." и далее по тексту. Вероятно, можно оставить два последних утверждения в "Выводах", но это не выводы, а утверждения для защиты диссертационной работы. 5. Шрифт по тексту разный по размеру. 6. В расшифровке формул нет единиц измерения. После ознакомления с представленной статьей создается стойкое впечатление, что она послана "на удачу", по принципу "а вдруг пройдет". Полагаю, что представленная статья является частью бакалаврской работы автора Валиева Т.Р.,совершенно не адаптированной к публикации в виде отдельной статьи. В представленном виде публикация статьи нецелесообразна.



Комментарии пользователей:

Оставить комментарий


 
 

Вверх