Моделирование газодинамики в камере сгорания ГТД с учетом несимметричности профиля скорости за компрессором


Авторы

Носкова К. Р.*, Гурьянов А. И., Гурьянова М. М., Кошкин В. И.

Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П. А. Соловьёва, РГАТУ, ул. Пушкина, 53, Рыбинск, Ярославская область, 152934, Россия

*e-mail: crist.timofeewa2011@yandex.ru

Аннотация

Предложена новая методика численного моделирования камеры сгорания газотурбинного двигателя, учитывающая газодинамику течения за компрессором с несимметричным профилем скорости. Результаты расчетов показали, что при формировании несимметричной эпюры скорости за компрессором (K > 1 и K < 1), в камере сгорания снижается газодинамическая эффективность в проточной части и нарушается необходимая стабильность процессов. Вследствие искажения входной эпюры в область K > 1 и K < 1 потери полного давления увеличиваются в кольцевых каналах, во фронтовом устройстве в 1,5–1,6 раз от суммарных потерь в камере в отличие от случая симметричного профиля (K = 1). Коэффициент гидравлических потерь в камере увеличивается в 2,3 раза при K = 0,64, когда при K = 1 принимает наименьшее значение. Доказана эффективность введения в расчетную область на входе в камеру сгорания симметричного профиля, что позволяет минимизировать потери полного давления и гидравлические потери.

Ключевые слова:

камера сгорания, несимметричный профиль скорости за компрессором, газодинамика, гидравлические потери

Библиографический список

  1. Esclapez L., Ma P.C., Mayhew E., Xu R., Stouffer S., Lee T., Wang H., Ihme M. Fuel effects on lean blow- out in a realistic gas turbine combustor // Combustion and Flame. 2017. No. 181. P. 82–99.

  2. Kahraman N., Tangöz S., Akansu S.O. Numerical analysis of a gas turbine combustor fueled by hydrogen in comparison with jet-A fuel // Fuel. 2018. No. 181. P. 66–77.

  3. Amani E., Akbari M.R., Shahpouri S. Multi-objective CFD optimizations of water spray injection in gas- turbine combustors // Fuel. 2018. No. 227. P. 267–278.

  4. Zhang R.C., Hao F., Fan W.J. Combustion and stability characteristics of ultra-compact combustor using cavity for gas turbines // Applied Energy. 2018. No. 225. P. 940–954.

  5. Perpignan A. A.V., A.G. Rao, Roekaerts D.J.E.M. Flameless combustion and its potential towards gas turbines // Progress in Energy and Combustion Science. 2018. No. 69. P. 28–62.

  6. Zhao D., Gutmark E., Ph. de Goey. A review of cavity-based trapped vortex, ultra-compact, high-g, inter- turbine combustors // Progress in Energy and Combustion Science. 2018. No. 66. P. 42–82.

  7. Гурьянова М.М., Пиралишвили Ш.А. Влияние входной несимметричности профиля скорости и начальной интенсивности турбулентности на гидравлику отрывного диффузора камеры сгорания ГТД // Авиационная техника. 2016. № 2. С. 38–45.

  8. Gur’yanova M.M., Piralishvili Sh.A. Joint effect of input asymmetrical velocity profile and initial turbulence intensity on hydraulics of a separated diffuser of GTE combustion chamber // Russian Aeronautics. 2016. Vol. 59. No. 2. P. 197–205.

  9. Костюк В.Е., Кирилаш Е.И., Кравченко Т.В. Влияние входной неравномерности потока на гидравлическое сопротивление отрывного диффузора камеры сгорания авиационного ГТД // Авиационнокосмическая техника и технология. 2008. № 7 (54). С. 99–104.

  10. Гурьянова М.М. Разработка модели расчета отрывного диффузора камеры сгорания ГТД с целью снижения гидравлических потерь: дисс канд. техн. наук. Рыбинск: Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П. А. Соловьева, 2013. 135 с.

  11. Гурьянова М.М, Пиралишвили Ш.А., Веретенников С.В. Аэродинамика камеры сгорания с отрывным диффузором // Авиакосмическое приборостроение. 2009. № 11. С. 1–7.

  12. Syed A., Nemitallah M.A., Habib M.A., Mansir S.I.B. Experimental investigation of the stability of a turbulent diffusion flame in a gas turbine combustor // Energy. 2018. No. 157. P. 904–913.

  13. Xu L., Huang Yu., Ruan C. Study of the Dump Diffuser Optimization for Gas Turbine Combustors // Procedia Engineering. 2015. No. 99. P. 828–834.

  14. Asgari B., Amani E. A multi-objective CFD optimization of liquid fuel spray injection in dry-low-emission gas-turbine combustors // Applied Energy. 2017. No. 203. P. 696–710.

  15. Ayed A.H., Kusterer K., Funke H.H.W., Keinz J., Striegan C., Bohn D. Improvement study for the dry- low-NOx hydrogen micromix combustion technology // Propulsion and Power Research. 2015. No. 4 (3). P. 132–140.

  16. Chen J., Wang Yu., Liu H., Weng Yi. Experimental study of flow characteristics of enhanced biogas leanpremixed nozzle of micro gas turbine by PIV // Applied Thermal Engineering. 2017. No. 121. P. 90–102.

  17. Yongbin J., Bing G., Zhongran Ch., Shusheng Z. Overall cooling effectiveness of effusion cooled annular combustor liner at reacting flow conditions // Applied Thermal Engineering. 2018. No. 130. P. 877–888.

  18. Han D.S., Kim G.B., Jeon Ch.H. Experimental study of NOx correlation for fuel staged combustion using lab-scale gas turbine combustor at high pressure // Experimental Thermal and Fluid Science. 2014. No. 58. P. 62–69.

  19. Сербин С.И., Вилкул С. В., Вилкул В.В. Исследовние влияния параметров радиального завихрителя на температурное поле и структуру потока в камере сгорания ГТД // Вестник двигателестроения. 2010. № 2. С. 155–159.

  20. Кирчу Ф.И., Пейман М., Богданов И.Ю. Численное моделирование отрывных течений и управления пограничным слоем в диффузорных каналах // Вісник НТУУ «КПІ». 2015. № 2 (74). С. 106–114.

  21. Guryanova M.M., Timofeeva K.R., Guryanov A.I. Investigation of the Effect of the Output Parameters of the Flow behind the Compressor on the Gas Dynamics of the Separation Diffuser of the Combustion Chamber // AIP Publishing. Heat and Mass Transfer and Hydrodynamics in Swirling Flows, HMTHSF 2019: Proceedings of the 7th International Conference. 2020. No. 2211. P. 1–5.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2024