Расчетно-экспериментальное исследование структуры течения противоточной камеры сгорания газотурбинного двигателя


Авторы

Веселов К. Е., Евдокимов О. А.*

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

*e-mail: yevdokimov_oleg@mail.ru

Аннотация

Приведены результаты бесконтактных измерений газодинамики сектора противоточной камеры сгорания газотурбинного двигателя. Особые затруднения для экспериментальных измерений в конструктивно сложной форме камеры сгорания с применением PIV метода представляют пристеночные течения из-за ограниченного доступа лазерного пучка, однако полученные результаты могут быть использованы в качестве достоверного валидационного базиса для расчетных исследований. Представлены данные по сопоставлению результатов численного моделирования на основании RANS, URANS и гибридных вихреразрешающих подходов с экспериментальными измерениями. Показано, что наиболее достоверные подходы к описанию гидрогазодинамики течения – гибридные вихреразрешающие модели SBES и DES обеспечивают высокий уровень точности расчетов с отклонением относительно эксперимента не более 9÷16 %. Таким образом, целесообразно говорить о применимости SBES подхода для инженерных задач в связи с меньшим уровнем требований, предъявляемых к расчетной сетке.

Ключевые слова:

противоточная камера сгорания, гибридные модели турбулентности, численное моделирование, PIV, бесконтактные измерения

Список источников

  1. Lefebvre A.H., Ballal D.R. Gas Turbine Combustion: Alternative Fuels and Emissions (eds.) // CRC Press, 2010. 537 p.
  2. Benini E. (ed.). Review of the New Combustion Technologies in Modern Gas Turbines // Progress in Gas Turbine Performance. 2013. DOI: 10.5772/54403
  3. Liu W. et al. Experimental Study on Instability Characteristics of Low-Swirl Flames in a Multinozzle Combustor With Different Swirling Arrays // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. 2017. Vol. 139, № 6.
  4. Okada M. et al. A fluorescent PIV technique for turbo-machinery flows // J. Phys.: Conf. Ser. 2023. Vol. 2511, № 1. DOI: 10.1088/1742-6596/2511/1/012021
  5. Veretennikov S.V., Evdokimov O.A. Visualization and PIV-study of the formation of a cooling film when flowing around the leading edge of the gas turbine nozzle blade // J. Phys.: Conf. Ser. 2019. Vol. 1421, № 1. 
  6. Sung Y., Choi G. Non-intrusive optical diagnostics of co- and counter-swirling flames in a dual swirl pulve-rized coal combustion burner // Fuel. 2016. Vol. 174. pp. 76–88. DOI: 10.1016/j.fuel.2016.01.011
  7. Grohmann J. et al. Comparison of the Combustion Characteristics of Liquid Single-Component Fuels in a Gas Turbine Model Combustor // Volume 4A: Combustion, Fuels and Emissions. Seoul, South Korea: American Society of Mechanical Engineers, 2016. DOI: 10.1115/GT 2016-56177
  8. Иноземцев А.А. и др. Разработка и применение бесконтактной технологии исследования процессов горения в камере сгорания газотурбинного двигателя // Теплофизика и аэромеханика. 2015. Т. 22, № 3. С. 373–383.
  9. Gubaidullin I.T. et al. Optical-electronic spectrometric system for monitoring combustion processes in the combustion chamber of gas turbine engine // PNRPU Aerospace Engineering Bulletin. 2015. № 41. С. 59–71.
  10. Feng Y. et al. Experimental and Numerical Investigation of the Non-Reacting Flow in a High-Fidelity Heavy-Duty Gas Turbine DLN Combustor // Energies. 2022. Vol. 15, № 24. DOI: 10.3390/en15249551
  11. Yao Q. et al. Effects of Primary Jets on the Flow Field and Outlet Temperature Distribution in a Reverse-Flow Combustor // Aerospace. 2025. Vol. 12, № 3. 182 p. DOI: 10.3390/aerospace12030182
  12. Гаврилов А.А., Дектерев А.А. Применение PANS модели турбулентности для расчета течения в модельной радиально-осевой гидротурбине Francis‑99 // Журн. Сиб. федер. ун-та. Техника и технологии. 2022. Т. 15, № 6. С. 726–738.
  13. Menter F.R., Lechner R., Matyushenko A. Best Practice: RANS Turbulence Modeling in Ansys CFD. Version 1.0. Ansys Germany GmbH, 2021. 95 p.
  14. Amaya J. Unsteady coupled convection, conduction and radiation simulations on parallel architectures for combustion applications. Fluid Dynamics, INPT, 2010. 281 p.
  15. Bulat G., Jones W. P., Marquis A. J. Large Eddy Simulation of an industrial gas-turbine combustion chamber using the sub-grid PDF method // Proceedings of the Combustion Institute. 2013. Vol. 34, № 2. pp. 3155–3164. DOI: 10.1016/j.proci.2012.07.031
  16. Kong F. et al. Modeling of spray flame in gas turbine combustors with LES and FGM // Fuel. 2022. Vol. 325. 
  17. Zubrilin I.A., Gurakov N.I., Matveev S.G. Lean Blowout Limit Prediction in a Combustor with the Pilot Flame // Energy Procedia. 2017. Vol. 141. pp. 273–281.
  18. Программа «ActualFlow». Версия 1.17.3: руководство пользователя. – Новосибирск, 2012. 175 с.
  19. ГОСТ Р 8.585-2001. Термопары. Номинальные статические характеристики преобразования.
  20. Speziale, C.G., Sarkar S., Gatski, T.B. Modelling the pressure–strain correlation of turbulence: an invariant dynamical systems approach // J. Fluid Mech. 1991. Vol. 227. pp. 245–272.
  21. Menter F., Kuntz M., Bender R. A Scale-Adaptive Simulation Model for Turbulent Flow Predictions // 41st Aerospace Sciences Meeting and Exhibit. Reno, Nevada: American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2003.
  22. Menter F., Egorov Y. A Scale Adaptive Simulation Model using Two-Equation Models // 43rd AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit. 2005.
  23. Gritskevich M.S. et al. Development of DDES and IDDES Formulations for the k-ω Shear Stress Transport Model // Flow Turbulence Combust. 2012. Vol. 88, № 3. pp. 431–449.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2026