Разработка методических основ газодинамической стабилизации фронта пламени поточных камер сгорания на закрученных высокоэнтальпийных струях

• Автор: Ахмед Мамо Демена
• Шифр специальности: 05.07.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Рыбинск
• Количество страниц: 137 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. СТАБИЛИЗАЦИЯ ФРОНТА ПЛАМЕНИ В КАМЕРАХ СГОРАНИЯ ПОТОЧНОГО ТИПА. СОСТОЯНИЕ И ПЕРЕСПЕКТИВА. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Задачи стабилизации и оценочные критерии для стабилизаторов

1.2 Анализ процесса стабилизации

1.3 Механические стабилизаторы фронта пламени

1.4 Газодинамический способ стабилизации

1.5 Вихревые воспламенители и горелочные устройства, возможность их применения для целей стабилизации

Выводы по главе

ГЛАВА 2. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ АЭРОДИНАМИКИ ЗАКРУЧЕННОГО ПОТОКА В ВИХРЕВЫХ ВОСПЛАМЕНИТЕЛЯХ
2.1 Постановка задачи. Численный алгоритм решения
2.2 Аэродинамическая структура течения в камере в вихревой горелке
Вывод по главе
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ВИХРЕВЫХ ВОСПЛАМЕНИТЕЛЕЙ
3.1 Расчет малоразмерного воспламенителя
3.2 Описание конструкции воспламенителей
3.3 Методика экспериментального исследования воспламенителей и описание стенда для её реализации
3.4 Анализ результатов опытов
Выводы по главе
ГЛАВА 4. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ВЫСОКОЭНТАЛЬПИЙНЫХ ЗАКРУЧЕННЫХ СТРУЙ, ВДУВАЕМЫХ СО
СТЕНКИ КС В СНОСЯЩИЙ ПОТОК
4Л Постановка задачи, расчетная область и граничные условия
4.2 Результаты численного моделирования взаимодействия высокоэнтальпийных струй вдуваемых со стенки КС в сносящий
поток
Выводы по главе
ГЛАВА 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СТАБИЛИЗАЦИИ ПЛАМЕНИ ЗАКРУЧЕННЫМИ ВЫСОКОЭНТАЛЬПИЙНЫМИ СТРУЯМИ
5.1 Система критериев моделирования высокофорсировоного сжигания топлива и оценка параметров модели камер сгорания с газодинамической стабилизацией пламени
5.2 Описание установки и методов исследования. Анализ погрешности измерения
5.3 Исследование полей температуры в зоне стабилизации пламени
5.4 Исследование рабочих характеристик модели прямоточной КС со стабилизацией пламени на поперечно вдуваемых закрученных струях
Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ
Ь - длина, м;
Б - площадь поперечного сечения, м2;
Я - радиус в коническом диффузоре, м;
в, Ст - массовый расход воздуха и топливо соответственно, кг/с;
Ь0- теоретическое необходимое количество воздуха для сжигания 1кг топлива Рс - относительная площадь соплового ввода;
-относительный радиус диафрагмы;
8 - скорость распространения пламени, м/с; а - коэффициент избытка воздуха;
4 - коэффициент гидравлических потерь; р - плотность, кг/м3;
7С*—степень расширения;
и - расходная, осевая компонента скорости потока, м/с;
Т - термодинамическая температура, К;
О — объемный расход, м3/с; теплота сгорания,Дж/кг; т - время, с;
V - скорость, м/с;
Н-теплонапрженность, кДж/(м3чПа);
Н - высота, м;
Ф - угол раскрытия диффузора,0; степень затенения проходного сечения стабилизатора, %;
V - кинематическая вязкость, м2/с; р - статическое давление, Па;
Я - скоростной напор (динамическое давление), Па; газодинамическая функция;
е - коэффициент турбулентной вязкости;

- высокие тепловые нагрузки на материал стабилизатора, приводящие к его износу;
- жёсткость конструкции, не позволяющая управлять процессом горения. Попытки решения этой проблемы ведут к усложнению конструкции камеры;
- высокий уровень гидравлического сопротивления стабилизатора независимо от режима работы камеры;
- относительно низкая интенсивность турбулентности в зоне стабилизации;
- необходимость размещения свечи зажигания в высокотемпературной зоне горения, что ведёт к применению запуска от пилотного пламени.
Отмеченные недостатки привели к развитию исследований по газодинамической стабилизации пламени в потоке. Применение струй газа для создания зоны рециркуляции позволяет освободить объём КС от подверженных износу конструкций, увеличить скорость горения и полноту сгорания смеси, управлять процессом горения.
1.4 Газодинамический способ стабилизации
Для стабилизации пламени могут использоваться и другие способы, среди которых, например, газодинамические в виде струй горячего газа, вдуваемых в поток в направлении течения или под углом а также струя газа, направленная на встречу основному потоку как показано на рис. 1.7. В этих случаях конвективный перенос тепла из зоны горения обеспечивается в результате взаимодействия основного потока рабочего тела со струями, вдуваемыми в объём камеры.
Стабилизация спутной струёй может быть реализована различными способами. Самым простым является стабилизация при вдуве ламинарной струи. Стабилизация также возможна при вдуве турбулентных струй. Механизм стабилизации в первом случае обусловлен наличием зоны проскока пламени, а