Вихревая стабилизация горения в потоке


DOI: 10.34759/tpt-2023-15-5-234-243

Авторы

Ильинков А. В.*, Щукин А. В.**, Такмовцев В. В.***, Попов И. А.****

Казанский национальный исследовательский технический университет имени А.Н. Туполева – КАИ, Казань, Россия

*e-mail: ailinkov@mail.ru
**e-mail: a.v.shchukin@rambler.ru
***e-mail: vvt379@rambler.ru
****e-mail: popov-igor-alex@yandex.ru

Аннотация

Выполнен краткий обзор вихревых способов стабилизации горения топлива в газотурбинных двигателях, энергетических и теплотехнологических установках и т.д. Проведено исследование вихревой стабилизации горения природного газа в потоке при использовании вихрегенераторов в виде полусферических, однополостных и двухполостных диффузорных выемок. Устойчивое горение при подаче топлива в выемки удалось получить во всех типах исследованных вихрегенераторов. Эффективности сгорания топлива при использовании одноплостной диффузорной и полусферической выемок практически одинаковы. Наибольшая стабилизация горения получена при использовании двухполостной диффузорной выемки. Стабильное горение обеспечивается при параметре вдува m ≈ 2. Рациональное место вдува газа в полюсной части выемки. Полученные результаты применимы для проектирования плоских камер сгорания теплотехнологических установок, например печей сушки сыпучих материалов, подогрева рабочих газовых сред, обеспечивающих нагрев стенок оборудования за счет сжигания топлива.

Ключевые слова:

стабилизация горения, вдув газа, вихрегенератор, горение в потоке, диффузорные выемки

Библиографический список

  1. Fan A., Wan J., Liu Y., Pi B., Yao H., Liu W. Effect of bluff body shape on the blow-off limit of hydrogen/air flame in a planar micro-combustor // Applied Thermal Engineering. 2014. Vol. 62. No. 5. P. 13–19.
  2. Fan A., Wan J., Maruta K., Yao H., Liu W. Interactions between heat transfer, flow field and flame stabilization in a micro-combustor with a bluff body // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2013. Vol. 66. Р. 72–79.
  3. Dan M. The impact of reactants composition and temperature on the flow structure in a wake stabilized laminar lean premixed CH4/H2/air flames, mechanism and scaling // Combustion and Flame. 2017. Vol. 176. Р. 151–161.
  4. Yan Y. Numerical investigation on combustion characteristics of methane/air in a micro-combustor with a regular triangular pyramid bluff body // International journal of hydrogen energy. 2018. Vol. 43. Р. 7581–7590.
  5. Tong Y. Effects of the position of a bluff-body on the diffusion flames: A combined experimental and numerical study // Applied Thermal Engineering. 2018. Vol. 131. Р. 507–521.
  6. Umyshev D.R., Dostiyarov A., Kubarin A., Tyutebaeva G. Experimental investigation of distance between v-gutters on flame stabilization and NOx emissions // Thermal science. 2019. Vol. 23. No. 5B. P. 2971–2981.
  7. Катранова Г.С. Экспериментальное исследование влияния угла подачи топлива на процессы горения за турбинными профилями // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2019. № 10-2. С. 330–334.
  8. Khosravy el_Hossaini M. Review of the New Combustion Technologies in Modern Gas Turbines // Progress in Gas Turbine Performance. Chapter 6. Ed. by Ernesto Benini, IntechOpen. 2013. Р. 145–164.
  9. Hsu K.-Y., Goss L.P., Roquemore W.M. Characteristics of a Trapped Vortex Combustor // Journal of Propulsion and Power. 1998. Vol. 14. No. 1. P. 57–65.
  10. Mishra D.P. Fundamentals of Combustion. Prentice Hall of India, New Delhi, 2008. 280 p.
  11. Mancilla P.C., Chakka P., Acharya S. Performance of a Trapped Vortex Spray Combustor // Proceedings of the ASME Turbo Expo 2001: Power for Land, Sea, and Air. vol. 2: Coal, Biomass and Alternative Fuels; Combustion and Fuels; Oil and Gas Applications; Cycle Innovations. New Orleans, Louisiana, USA. June 4–7, 2001. Paper № 2001-GT-0058, 10 p. DOI: 10.1115/2001-GT-0058
  12. Ghenai C., Zbeeb K., Janajreh I. Combustion of Alternative Fuels in Vortex Trapped Combustor // Energy Conversion and Management. 2013. vol. 65. P. 819–828.
  13. Ezhil Kumar P.K., Mishra D.P. Numerical Simulation of Cavity Flow Structure in an Axisymmetric Trapped Vortex Combustor // Aerospace Science and Technology. 2012. Vol. 21. No. 1. P. 16–23.
  14. Xing F., Wang P., Zhang S., Zou J., Zheng Y., Zhang R., Fan W. Experiment and Simulation Study on Lean Blow-out of Trapped Vortex Combustor with Various Aspect Ratios // Aerospace Science and Technology. 2012. Vol. 18. P. 48–55.
  15. Bucher J., Edmonds R.G., Steele R.C., Kendrick D.W., Chenevert B.C., Malte P.C. The Development of a Lean-Premixed Trapped Vortex Combustor |// Proceedings of in ASME Turbo Expo 2003, collocated with the 2003 International Joint Power Generation Conference. USA, American Society of Mechanical Engineers, Fairfield, 2003. Pp. 207–213.
  16. Михайлов А.С., Пиралишвили Ш.А. Теплофизика сжигания торфовоздушной смеси в закрученном потоке // Вестник рыбинского государственного авиационного технического университета имени П.А. Соловьева. 2015. № 1(32). С. 44–52.
  17. Cao D., Brod H.E., Yokev N., Michaels D. Flame stabilization and local combustion modes in a cavity-based scramjet using different fuel injection schemes // Combustion and Flame. 2021. Vol. 233. P. 111562
  18. Jeong E., O`Byrne S., Jeung I.-S., Houwing A.F.P. The Effect of Fuel Injection Location on Supersonic Hydrogen Combustion in a Cavity-Based Model Scramjet Combustor // Energies. 2020. Vol. 13. No. 193. P. 1–16.
  19. Sun M., Cai Z., Wang Y.N. Оverview on the research progress of unsteady supersonic Combustion // Acta Aerodynamica Sinica. 2020. Vol. 38. No. 3. P. 532–551.
  20. Zhang R.C., Bai N.J., Fan W.J., Huang X.Y., Fan X.Q. Influence of flame stabilization and fuel injection modes on the flow and combustion characteristics of gas turbine combustor with cavity // Energy. 2019. Vol. 189. Аrticle no. 116216. 15 p. DOI: 10.1016/j.energy.2019.116216
  21. Chudnovsky Y.P., Kozlov A.P., Schukin A.V., Agachev R.S., Gruzdev V.N. Combustion Enhancement and Flame Stabilization Due to Vortex Generation // 1997 International Symposium «Combustion Technology for Improving Productivity and Product Quality», Chicago, Illinois, USA, September 21–24, 1997. 12 р.
  22. Chudnovsky Y., Kozlov A., Sherrow L. Laboratory Development of a High Capacity Gas-Fired Paper Dryer // Final Technical Report GTI/DOE/SMP/GRI-61134/80042/30797. Gas Technology Institute. Chicago, USA, 2004. 45 p.
  23. Rashidi S., Hormozi F., Sundеn B., Mahia O. Energy saving in thermal energy systems using dimpled surface technology — A review on mechanisms and applications // Applied Energy. 2019. Vol. 250. P. 1491‒1547.
  24. Миронов А.А., Исаев С.А., Скрыпник А.Н., Попов И.А., Гортышов Ю.Ф. Физическое моделирование теплогидравлических характеристик каналов с овально-траншейными вихрегенераторами // Тепловые процессы в технике. 2020. Т. 12. № 9. С. 386–402. DOI: 10.34759/tpt-2020-12-9-386-402
  25. Il’inkov A.V., Takmovtsev V.V., Shchukin A.V., Khabibullin I.I., Zaripov I.S. Vortex structure intensity in diffuser dimples // Russian Aeronautics. 2018. Т. 61. No. 4. P. 586–592.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2024