Влияние термической диссоциации продуктов сгорания углеводородного топлива на параметры рабочего процесса перспективных ГТД

Болдырев, Олег Игоревич

Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов

автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.05, диссертация на тему:Влияние термической диссоциации продуктов сгорания углеводородного топлива на параметры рабочего процесса перспективных ГТД

кандидата технических наук: Болдырев, Олег Игоревич
город: Уфа
год: 2012
специальность ВАК РФ: 05.07.05
цена: 450 рублей

Диссертация по авиационной и ракетно-космической технике на тему «Влияние термической диссоциации продуктов сгорания углеводородного топлива на параметры рабочего процесса перспективных ГТД»

Автореферат диссертации по теме "Влияние термической диссоциации продуктов сгорания углеводородного топлива на параметры рабочего процесса перспективных ГТД"

На правах рукописи

БОЛДЫРЕВ ОЛЕГ ИГОРЕВИЧ

ВЛИЯНИЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ ДИССОЦИАЦИИ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ УГЛЕВОДОРОДНОГО ТОПЛИВА НА ПАРАМЕТРЫ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ПЕРСПЕКТИВНЫХ ГТД

Специальность 05.07.05 - Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

-1 мдр т

Уфа -2012

005011104

Работа выполнена в ФБГОУ ВПО «Уфимский государственный авиационный технический университет» на кафедре авиационных двигателей.

Научный руководитель: доктор технических наук, с.н.с.

Горюнов Иван Михайлович, кафедра авиационных двигателей Уфимского государственного авиационного технического университета

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Григорьев Владимир Алексеевич, кафедра теории двигателей летательных аппаратов Самарского государственного аэрокосмического университета им. С.П. Королёва (национальный исследовательский университет)

кандидат технических наук, с.н.с. Скиба Дмитрий Владимирович, кафедра авиационной теплотехники и теплоэнергетики Уфимского государственного авиационного технического университета

Ведущее предприятие: ОАО «НПО «Сатурн» ~ НТЦ им. А. Люльки,

г. Москва.

Защита состоится 2 марта 2012 года в 1200 часов на заседании диссертационного совета Д-212.288.05 при Уфимском государственном авиационном техническом университете по адресу: 450000 Уфа, ул. К. Маркса, 12, УГАТУ, конференц-зал 2 корпуса.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного авиационного технического университета.

Автореферат разослан «30 » января 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного сове-доктор техн. наук, профессор

Ф.Г. Бакиров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Математическое моделирование рабочего процесса ГТД - один из основных инструментов при выборе схемных решений и параметров термодинамического цикла газотурбшпшх двигателей авиационного, энергетического и других назначений.

Точность расчётной оценки параметров и характеристик ГТД по математической модели во многом определяет успешность проекта, сроки и материальные затраты на его реализацию. Подходы к созданию математических моделей и принятые в них допущения корректируются в процессе развития ГТД, как в связи с повышением уровня параметров, так и возможностей вычислительных средств. В них усиливается акцент на охват математической моделью ранее неучтенных факторов и условий, оказывающих значимое влияние на рабочий процесс и характеристики двигателя.

Важным следствием высоких температур, характерных для процессов в камерах сгорания перспективных высокотемпературных ГТД, является термическая диссоциация и рекомбинация находящихся в равновесном состоянии химически активных компонентов продуктов сгорания и учёт влияния факторов термической диссоциации и рекомбинации на параметры рабочего процесса - одно из основных направлений совершенствования описания физических процессов ГТД при их математическом моделировании.

В действующих математических моделях для проектных термодинамических расчётов авиационных ГТД (ГРАД, БУТСиТ, СазТигЬ и др.) отсутствует учёт влияния термической диссоциации и рекомбинации компонентов рабочего тела, что было допустимым при создании эксплуатируемых в настоящее время ГТД.

В связи с вышеизложенным, следующие научные проблемы являются актуальными:

- адаптация математической модели к расчёту высокого уровня термодинамических параметров рабочего тела учётом в алгоритмах расчёта фактора диссоциации и рекомбинации продуктов сгорания углеводородного топлива применительно к авиационным ГТД;

- оценка влияния учёта диссоциации и рекомбинации продуктов сгорания углеводородного топлива на параметры и характеристики узлов ГТД и двигателя в целом.

Цель работы: повышение эффективности перспективных ГТД за счёт повышения точности термодинамических расчётов введением математической модели расчёта термодинамических параметров рабочего тела с учётом термической диссоциации и рекомбинации в гомогенной смеси продуктов сгорания углеводородного топлива.

Для достижения поставленной цели сформулированы и выполнены исследования по следующим основным направлениям:

- создание математической модели (методики и алгоритма) расчёта термодинамических параметров рабочего тела с учётом диссоциации и рекомбинации продуктов сгорания углеводородного топлива в рабочем процессе авиационного ГТД;

- программная реализация и верификация математической модели расчёта термодинамических параметров рабочего тела с учётом диссоциации и рекомбинации продуктов сгорания углеводородного топлива в составе математической модели рабочего процесса ГТД;

- исследование влияния термической диссоциации и рекомбинации продуктов сгорания на основные параметры ГТД и характеристики узлов.

Объект исследования - авиационные ГТД, их рабочие процессы и характеристики.

Область исследования - моделирование рабочих процессов ГТД.

Методы исследования основаны на использовании:

- теории авиационных ГТД;

- термодинамики, химической термодинамики, теплопередачи;

- системного анализа и объектно-ориентированного подхода при моделировании сложных процессов и изделий;

- методов современных информационных технологий;

- численных методов решения систем нелинейных уравнений.

Научная новизна работы заключается в:

- математической модели расчёта термодинамических параметров рабочего тела с учётом диссоциации и рекомбинации продуктов сгорания углеводородного топлива (па основе методики В.Е. Алемасова и В.П. Глушко) и ряда дополнительных факторов, разработанной впервые применительно к расчётам рабочих процессов ГТД;

- математической модели, позволяющей проводить моделирование рабочих процессов в узлах ГТД с учётом неравновесности состава в зависимости от времени пребывания рабочего тела в объёме узла;

- возможности учёта содержания азота и серы в составе топлива, а также учёта двадцати индивидуальных веществ в рабочем процессе авиационного ГТД;

- возможности проведения расчётной оценки уровня вредных выбросов ГТД в различных условиях сгорания топлива с помощью разработанной математической модели расчёта термодинамических параметров рабочего тела с учётом диссоциации и рекомбинации продуктов сгорания углеводородного топлива;

- методике определения термодинамических параметров смеси по заданной температуре, энтальпии или энтропии с учётом термической диссоциации и рекомбинации продуктов сгорания углеводородного топлива обеспечивают реализацию расчёта процессов расширения рабочего тела в турбине и реактивном сопле по энтальтшно-эшропийным соотношениям, расчета процессов горения в основной и форсажной камерах сгорания, расчёта процесса смешения и теплообмена;

- реализованнаяой на ЭВМ математической модели расчёта термодинамических параметров рабочего тела с учётом фактора диссоциации и рекомбинации продуктов сгорания углеводородного топлива, включённой в состав системы моделирования рабочих процессов ГТД и применённой в практике термогазодинамических расчётов авиационных ГТД в рамках решения проектных задач;

- результатах впервые проведённых расчётных исследований по влиянию фактора диссоциации и рекомбинации продуктов сгорания углеводородного топлива на основные параметры и высотно-скоростные характеристики перспективного авиационного ТРДДФ.

рабочих процессов ГТД, газовой динамики, теплообмена и химической термодинамики и подтверждается сопоставлением результатов расчётных исследований с экспериментальными данными и результатами других авторов.

Практическая ценность. Разработанная математическая модель и её программная реализация в виде программы Disso позволяет проводить расчёт процессов сгорания топлива в основной и форсажной камерах сгорания ГТД. Включение математической модели в состав системы моделирования рабочих процессов ГТД DVIGw обеспечивает расчёт основных параметров и характеристик ГТД различных схем с учётом фактора диссоциации и рекомбинации продуктов сгорания углеводородного топлива, что позволяет:

• на этапе проектирования - повысить точность расчёта и эффективность перспективных ГТД с высокими параметрами рабочего цикла;

• на этапе исследований - расширить возможности анализа работы и обработки результатов испытаний проектируемых или созданных перспективных ГТД на установившихся режимах, а также сокращения ряда экспериментов по оценке параметров узлов, связашшх с натурными испытаниями на дорогостоящем оборудовании, на численное моделирование, а также при разработке систем контроля и диагностики;

• в учебном процессе - выполнять исследования в процессе дипломного проектирования.

Реализация результатов работы. Разработанная математическая модель и средства решения проектных задач с её использованием, результаты проведенных автором исследований внедрены в ОАО «НПП «Мотор», ОАО «НПО «Сатурн» - НТЦ им. А. Люльки, Уфимском государственном авиационном техническом университете (УГАТУ) в учебном процессе кафедр «Авиационные двигатели» и «Авиационная теплотехника и теплоэнергетика», а также в научно-исследовательской деятельности указанного вуза.

Использование математической модели подтверждено прилагаемыми актами.

На защиту выносятся:

X. Математическая модель расчёта термодинамических параметров рабочего тела с учётом термической диссоциации и рекомбинации продуктов сгорания углеводородного топлива, с учётом неравновесности состава и ряда дополнительных факторов в рабочем процессе ГТД.

2. Реализация математической модели расчёта термодинамических параметров рабочего тела с учётом термической диссоциации и рекомбинации продуктов сгорания углеводородного топлива в составе системы моделирования рабочих процессов ГТД DVIGw, позволяющая с большей адекватностью проводить на ЭВМ исследования параметров и характеристик ГТД и их узлов.

3. Результаты расчётных исследований по анализу влияния термической диссоциации и рекомбинации продуктов сгорания углеводородного топлива на основные параметры рабочего процесса перспективных авиационных ГТД.

Апробация работы. Основные научные и практические результаты диссертационной работы докладывались на 8 научно-технических конференциях, совещаниях и семинарах, в том числе: III международной научно-технической конференции «Авиадвигатели XXI века» (Москва, ЦИАМ, 30 ноября - 3 декабря 2010 г.); Российской научно-технической конференции «Мавлютовские чтения» (Уфа, УГАТУ, 21-24 марта 2011 г.); Международной

научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития двигателестроения» (Самара, СГАУ, 28-30 июня 2011 г.); Семинаре «Проблемы авиационного двигателестроения» (Москва, ЦИАМ, 16 августа 2011 г.); Всероссийской научно-технической конференции «Научно-технические проблемы современного двигателестроения» (Уфа, УГАТУ, 26-29 сентября 2011 г.); XVIII Международной конференции по химической термодинамике в России ЯССТ 2011 (Самара, СамГТУ, 3-7 октября 2011г.).

Результаты отдельных этапов и работы в целом обсуждались на научно-технических советах предприятий: НТЦ им. А. Люльки (2010, 2011 г.), ОАО «НПП «Мотор» (2009,2010,2011 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 работ, из них 4 статьи в изданиях из списка ВАК Минобрнауки РФ.

Личный вклад соискателя в разработку проблемы. Все основные положения, связанные с разработкой математической модели учёта термической диссоциации и рекомбинации продуктов сгорания углеводородного топлива в рабочем процессе авиационного ГТД, её программная реализация в системе БУК^у, проверка адекватности разработанной математической модели, а также исследование влияния фактора диссоциации и рекомбинации продуктов сгорания на основные параметры рабочего процесса и характеристики узлов авиационных ГТД выполнены автором лично.

Структура н объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка использованных источников и приложения. Диссертационная работа изложена на 190 страницах машинописного текста, содержит 28 таблиц, 38 рисунков, библиографический список из 201 наименования, 1 приложение.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана общая характеристика работы, обоснована перспективность и актуальность темы, определены цель и задачи исследования, показана научная новизна и практическая значимость, перечислены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе анализируется современное состояние проблем, связанных с созданием перспективных авиациопшлх ГТД. Рассматриваются современные методики расчёта равновесного состояния рабочих тел.

Основные положения методики учёта термической диссоциации в равновесных состояниях гомогенной смеси продуктов сгорания опубликованы коллективом авторов под руководством В.Е Алемасова и В.П. Глушко в 70-х гг. Методика основана на уравнениях химического равновесия и решении системы нелинейных алгебраических уравнений, описывающих протекание химических реакций, апробирована многолетней практикой и в таком виде применяется для термодинамических расчётов ракетных двигателей.

Большинство из существующих на сегодняшний момент программ расчёта равновесного состояния (программы Б.Г. Трусова, Г.В.Белова и др.) являются либо универсальными научно-исследовательскими комплексами, учитывающими множество факторов, не нужных в расчётах ГТД, либо реализуют учёт термической диссоциации в узкой области моделирования (в термодинамических расчётах ракетных двигателей, котельных агрегатов,

металлургических и химических процессов в соответствующих отраслях промышленности).

Для включения в состав расчёта параметров термодинамического цикла ГТД все они нуждаются в адаптации с учётом ряда дополнительных факторов, характерных для процессов, протекающих в ГТД.

Вторая глава посвящена созданию математической модели расчёта термодинамических параметров рабочего тела с учётом диссоциации и рекомбинации продуктов сгорания углеводородного топлива в рабочем процессе авиационного ГТД.

Для расчёта свойств рабочего тела в современных отечественных математических моделях рабочего процесса ГТД применяется методика ЦИАМ, базирующаяся на ряде основных допущений:

-учёт влияния термической диссоциации и рекомбинации газов отсутствует;

-сгорание топлива - полное при коэффициенте избытка воздуха а>1,0, продукты сгорания - нереагаруюгцая смесь С02, Н20 (водяного пара), 02 и атмосферного азота, объёмный состав которых зависит только от величины а и состава топлива;

-рабочее тело (воздух и продукты сгорания) представляет собой смесь компонентов, обладающую свойствами идеального газа, с неизменными термодинамическими свойствами, зависящими только от температуры и величины а.

В данной работе за основу принят метод расчёта В.Е. Алемасова, В.П. Глушко и др., разработанный применительно к ракетным двигателям, включающий в себя уравнения химических реакций в «равновесном приближении», с адаптацией её под особенности термодинамического расчёта ГТД с учётом неравновесности состава и ряда дополнительных факторов.

Теоретические основы разрабатываемой математической модели базируются на следующих допущениях:

- наиболее вероятному, т.е. устойчивому состоянию термодинамической системы соответствует состав, для которого при заданных исходных данпых энтропия будет максимальной, за критерии устойчивости при этом принимаются условия др~0, си<0. Такому состоянию отвечает соотношение парциальных давлений газообразных компонентов, задаваемое значениями констант равновесия обратимых химических реакций, идущих равновесно между всеми входящими в продукты сгорания индивидуальными веществами;

- продукты сгорания - смесь химически реагирующих газов, состав и объёмное содержание которых определяется с учётом диссоциации и рекомбинации при постоянном давлении по уравнениям химического равновесия и баланса масс химических элементов;

- компоненты продуктов сгорания обладают свойствами идеального газа, их изобарная теплоёмкость зависит только от температуры, однако изобарная теплоёмкость смеси в целом зависит также и от уровня давления и тем значительнее, чем интенсивнее процесс диссоциации.

Применительно к расчёту рабочих процессов ГТД в математическую модель внесён учёт следующих дополнительных факторов:

- набор учитываемых химических элементов расширен до шести химических элементов С, Н, Н О, Аг, 8 и двадцати индивидуальных веществ: Н,

Н2, ОН, Н20, Н02, Н202) О, 02) С, СО, С02, N. И2, N0, N02, К20, Аг, Б, БО, 802, наиболее вероятно образующихся при сгорании углеводородного топлива в воздушной среде (вещества Б, БО и 802 введены для возможности расчёта с топливом, содержащим серу). При этом не учитываются вещества групп (МН)Х, (1Ш0)х, (СН0)х, обладающие незначительными объёмными долями (менее 1x10' ) и образующиеся при а<1;

- введён учёт неравенства температур топлива и окислителя для основной и форсажной камер сгорания;

-введён учёт потерь располагаемой теплоты топлива в основной и форсажной камерах сгорания;

- при расчёте форсажной камеры сгорания введён учёт наличия продуктов сгорания в окислителе;

-для реализации расчётов процессов сжатия, расширения и смешения рабочего тела математическая модель дополнена алгоритмами нахождения термодинамических параметров смеси по температуре, энтальпии или энтропии смеси (при известном составе топлива, коэффициенте избытка воздуха и давлении).

Структура математической модели приведена на рисунке 1.

Исходные данные: элементарный химический состав топлива и условия на входе в камеру сгорания.

Равновесное состояние термодинамической системы, исходные массы которой известны, определяются двумя параметрами. Для камеры сгорания это давление и энтальпия системы.

Результат: величины парциальных давлений компонент продуктов сгорания, количества молей продуктов сгорания, полной температуры, энтальпии и молекулярной массы продуктов сгорания.

14уравнений химического равновесия для наиболее вероятны* при Тй 2600 К химических реакций. Для получения величин парциальных даэлений веществ используются константы химического равновесия, зависящие от температуры смеси.

2 уравнения свойств смеси идеальных газов: уравнение состояния и уравнение Дальтона.

6 уравнений баланса масс химических элемента£■. С, О, Н, Аг.

Уравнение первого закона термодинамики, выраженное через полные энтальпии топлива, окислителя и продуктов сгорания {уравнение сохранения энергии).

Дополнительное вычисление термодинамических параметров смеси: изобарной теплоемкости, энтропии, газовой постоянной, показателя адиабаты.

Рисунок 1. - Структура разработанной математической модели.

Задача определения равновесного состояния сводится к решению системы из 23 нелинейных алгебраических уравнении, показанной на рисунке 2, содержащей в качестве неизвестных значения парциальных давлений двадцати компонентов продуктов сгорания, полной температуры, энтальпии и молекулярной массы смеси продуктов сгорания. Алгоритм решения системы уравнений показан на рисунке 3.

Химические реакции:

С0г=с0+0,502

Н20=Н2+0,502 iM

Н2О=ОН+0,5Н2 iJül-ä^S Л*

0,5Н2+02=Н02

Н2+02=Н202

0,5N2*02=N02

NJ+0,502=N20

N2+CI2=2NO РщГя,

C0j=C+20

so=s+o

so2=s+o2 H2=2H

02=20

N2=2N

Уравнение состояния:

2>Л° г Рт-

и Аис

Уравнение Дальтона:

Зак он сохранения массы. Уравнение баланса углерода:

Gi + CG, Poo, + Ля+Рс = —--

Уравнение баланса кислорода: Рш +Л..0 +2ЙЮ, + 2Ржа*РО* + *Pa>+lPa>,+Pm*lPm,+P,p±

i2P*H*P*>

+Ö(?-

"•о^пс

Уравнение баланс» водорода: А. +2/4 =

Уравнение баланса азота:

Уравнение балансе серы:

в'+Щ .

"Ч^ПС

Ураенениебаланса аргома;

А.=

"Л

Уравнение первого закона термодинамики, верлкгнмо* через полные эктдлыим теплив«, окислителя и продуктов сгорания (закон сохранения .энергия):

10 .

Учитываются 20 индивидуальных веществ:

Рисунок 2. -

Н, Hj, он, н,а, но,, н,о„ о, о» с; со, со,, ы, ы„ ко, ко„ нр, Ar, s, so, so, - Исходные уравнения математической модели.

i •1S\Cp,R.k = f(r,p-,a,d.^T^;

\ i=x /

Рисунок 3. - Алгоритм решения системы уравнений математической модели (а), определения Т'пс для процесса сгорания (б), определения Т пс по заданному значению /пс (в) и определения ? пс по заданному значению о пс (г).

Принимая во внимание очень малое время пребывания рабочего тела в объёме узла, значительно меньшее, чем скорость протекания многих из рассматриваемых реакций, необходимо параметры турбины и сопла моделировать с учётом фактора «неравновесносга», т.к. на выходе узла равновесное состояние не успеет установиться, и его моделирование по конечной температуре расширения приведёт к значительным погрешностям.

Введение учёта кинетики химических реакций проводится следующим способом.

Пусть за камерой сгорания стоит узел ГТД с индексом У1. Расчёт параметров рабочего тела за камерой сгорания происходит по равновесному состоянию. При известных размерах узла У1 и скорости потока б осевом направлении определяется время пребывания рабочего тела в пределах узла /у1; следующего за камерой сгорания. Также при данной температуре известно время прохождения каждой из рассматриваемых реакций ^ или скорости реакции,

«Невыраженной как ^А Если выполняется условие то реакция считается

незавершённой и «замороженной» по условиям на входе в узел У1. Далее за узлом У1 следует узел У2. Для него также проверяется условие (?у]+?у2)<?р при температуре на выходе узла У1. Если условие выполняется, реакция продолжает считаться «замороженной», если же условие не выполняется, реакция считается завершённой и включается в число рассматриваемых в равновесном состоянии реакций (рисунок 4).

Рисунок 4. - Принцип учёта неравновесности состава в зависимости от скорости реакций и времени пребывания рабочего тела в объёме узла.

Поскольку уравнения химических реакций, протекающих равновесно, учитывают как диссоциацию, так и рекомбинацию, то в результате расчёта равновесного состояния учитываются оба этих фактора, а фактор неравновесности состава учитывается «замораживанием» отдельных реакций. При этом степень влияния термической диссоциации и рекомбинации будет выше для двигателей большей размерности, для которого объём узлов сравнительно велик и реакции диссоциации и рекомбинации протекают более полно.

Третья глава посвящена программной реализации математической модели расчёта термодинамических параметров рабочего тела с учётом диссоциации и рекомбинации продуктов сгорания углеводородного топлива в составе системы моделирования рабочего процесса ГТД и её верификации.

Математическая модель реализована в виде отдельной программы В1з80 и в виде составляющего элемента системы моделирования рабочих процессов ГТД разработки УГАТУ. База данных программы В^эво содержит сведения о термодинамических свойствах химических элементов и индивидуальных

У2

Равновесное состояние

Неравновесное состояние, часть реакцийперешла в разновесное состояние, часть са^ыкчмедлеяныки реакций продолжает оставаться

_«замороженными«

веществ, характерных для продуктов сгорания углеводородного топлива в воздушной среде.

С применением разработанной математической модели и алгоритмов определения термодинамических параметров рабочего тела (рисунок 3) в системе DVlGw реализован расчёт процессов горения в основной и форсажной камерах сгорания, расчёт процессов расширения рабочего тела в турбине и реактивном сопле по энтальпилно-энгропнйным соотношениям, расчёт процессов смешения потоков и теплообмена. В целом система моделирования ОУЮу/ позволяет проводить расчёт параметров и характеристик ГТД с учётом термической диссоциации и рекомбинации.

Результаты верификании расчёта истинной изобарной теплоёмкости рабочего тела по методике В.Е. Алемасова и разработанной математической модели для температуры 2000 К приведены на рисунке 5.

Рисунок 5. - Сравнение значений «замороженной» (пунктир) и равновесной (сплошная линия) истинной теплоёмкости, рассчитанной по методике В.Е. Алемасова (точка) и разработанной методике, а) - расчёт по одиннадцати компонентам, б) -расчёт по двадцати компонентам.

Различия расчётных величин объёмных долей компонентов смеси, а также энтальпии и энтропии смеси по сравнению с данными В.Е. Алемасова достигают 0,8% по одиннадцати компонентам. Дополнительно проведено сравнение с результатами расчётов по npoipaMMe проф. Б.Г. Трусова (МГТУ им. Н.Э. Баумана), мера отличия составила 0,3% (по двадцати компонентам), улучшение является ощутимым для прикладных инженерных расчётов.

Набор компонентов смеси, учитываемых в методике для рассматриваемых условий (сгорание углеводородного топлива в воздухе при а>1,0), является обоснованным и достаточным, система уравнений химических реакций, описывающая механизм термической диссоциации и рекомбинации - корректной.

В четвёртой главе проведено исследование влияния термической диссоциации и рекомбинации продуктов сгорания на параметры ГТД и его узлов.

Основные результаты параметрического исследования процесса горения в основной камере сгорания с учётом и без учёта диссоциации, выполненные для условий сгорания топлива в среде воздуха при различных составах смеси а, давлениях р"к и температурах поступающего в камеру сгорания воздуха Т „, приведены на рисунке 6.

а) б)

Рисунок 6. - Зависимости расчётной температуры в камере сгорания для различных температур Т „ и давлений р\с (а, б) поступающего в камеру сгорания воздуха и ас учётом (сплошная линия) и без учёта (пунктир) диссоциации.

Анализ полученных результатов для турбины позволяет сделать вывод, что при учёте фактора диссоциации и рекомбинации температуры в горле соплового аппарата турбины и в выходном сечении турбины снижаются, а значение тг тЕ увеличивается, что оказывает влияние на режим работы смесителя, форсажной камеры и сопла двигателя, а также на оценку напряжённо-деформированного состояния деталей.

Для форсажной камеры проведено параметрическое исследование влияния термической диссоциации для стендовых и полётных условий, соответствующих высоте Н= 23 км и числу Маха М=2,0, так как в высотных условиях, обуславливающих значительное снижение давления в форсажной камере р происходит активизация процесса диссоциации. Основные результаты приведены на рисунках 7 и 8.

0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1800 1900 2000 2100 2200 2300 2400 а) ^ б) Л. К

Рисунок 7. - Влияние термической диссоциации на температуру в форсажной камере (а) и на величину коэффициента полноты сгорания топлива в форсажной камере для различных уровней <хе. Пунктир - расчёт без учёта диссоциации, сплошная линия -расчёт с учётом диссоциации.

1.35 1.30 1.25 120 1.15 1.10 1.05 1.00

хПа

Гв * 2000 К **

ТО

к /

Г. = 21£Х>К к /

Г.. 2200 К 1—-

1.35 1.30 1.25 130 1.15 1.10 1.05 1.00

1 Н-Окм. М=0.0.

р\ ~ 325 ,5кПа

Г. »20 »К у

— ^

' 1 ' Г» = 2200 К -1-

1«

Т|ф

а) б)

Рисунок 8. - Зависимость расчётной величины а^ в форсажной камере высокотемпературного ТРДЦФ от температуры газа Т ф с учётом (сплошная линия) н без учёта (пунктир) диссоциации в полёглых (а) и стендовых (б) условиях для различных коэффициентов полноты сгорания топлива г]ф.

Для реактивного сопла Лаваля проведено параметрическое исследование влияния фактора рекомбинации на скорость истечения струи. Результаты приведены на рисунке 9.

1900 Сс, м/с

1800

1700 1600 1500

У?

Рисунок 9. - Зависимость скорости истечения струи на срезе сопла без учёта рекомбинации (пунктирная линия) и с учётом рекомбинации (сплошная лиши). /£=2150 К.

зо л*с ю

Для проведения исследования влияния термической диссоциации и рекомбинации на Показатели рабочего процесса и характеристики перспективного ГТД в системе сформирована математическая модель

ТРДЦФсм с параметрами, отвечающими требованиям к двигателям пятого поколения (7^0= 1800 К, я\хо=30, т0= 0,4, />уд0= 1,30 кН-с/кг, Т\0- 2150 К).

Расчёт высотио-скоростных характеристик двигателя на форсажных режимах по традиционной методике и с учётом диссоциации проведён по единым исходным данным и характеристикам узлов, с программой регулирования а^ = 1,08 - постоянный для всех режимов полёта, п постоянная для всех режимов полёта. Физическая частота вращения ротора такого давления постоянна до наступления условия Т\~ 1800 К. Далее постоянной держится величина Т\= 1800 К.

Результаты расчёта высотно-скоростных характеристик па высотах и скоростях, соответствующих диапазону применения двигателя, представлены на рисунках 10 и 11. Результаты оценки влияния фактора диссоциации и рекомбинации на основные параметры двигателя на стендовом и полётных форсажных режимах приведет! в таблице 1.

Пример протекания некоторых регулируемых параметров на форсажных режимах при реализации выбранной программы регулирования показан на рисунке 12.

Из анализа протекания регулируемых параметров заметно изменение темпа набора числа оборотов и температуры Т г по температуре на входе в двигатель, при этом переход на закон Т'г1= 1800 К наступает несколько позже (на т'п= 298 К вместо 292 К), значения площади критического сечения сопла эквидистантно смещается.

Рисунок 10. - Расчётные ВСХ ТРДЦФ по тяге без учёта диссоциации и рекомбинации (пунктирная лилия) и с учётом диссоциации и рекомбинации (сплошная

линия).

Рисунок 11. - Расчётные ВСХ ТРДЦФ по удельному расходу топлива без учёта диссоциации и рекомбинации (пунктирная линия) и с учётом диссоциации и рекомбинации (сплошная лилия).

Таблица 1. - Результаты оценки основных параметров двигателя на форсажных режимах.___

Условия полёта н=о,м=о Я=11, М=2 Н=23, М=2

р ф, кПа 473,6 402,0 50,0

at 1,08 1,08 1,08

щ 0,928 0,90 0,90

Т"ф, К, без учёта диссоциации 2165 2143 2116

Г*ф, К, с учётом диссоциации 2132 2114 2071

57"ф, % j -1,5 -1,4 -2,1

5CW, % 1,9 2,2 2,5

5Р,% -1,2 -1,5 -2,3

Рисунок 12. - Зависимости изменения T\i (а) и Fip (б) яа форсажных режимах от температуры на входе в двигатель. Пункгирпая линия - без учёта диссоциации, сплошная яяпия — с учётом диссоциации,

В результате параметрического анализа влияния термической диссоциации и рекомбинации продуктов сгорания на процессы в узлах 1ТД и на основные показатели высотно-скоростных характеристик ТРДЦФ выявлены основные тенденции изменения параметров:

- при уровне температур Гкс= 1900...2100К учёт диссоциации компонентов рабочего тела приводит к снижению расчётной величины температуры в основной камере сгорания на 20. ..50 К для значений а- 2,2...1,8. При этом расчётное значение потребного расхода топлива для поддержания заданной температуры увеличивается на 0,8%...2,5% в зависимости от режима работы;

- для форсажной камеры наблюдается снижение расчётной величины температуры Т\ в районе аг= 1,1 и Г"ф= 2000...2200 К на высотных режимах на 50...70К, увеличение расчётной величины коэффициента полноты сгорания топлива до 4,5% в высотных условиях;

- при реализации программы управления f ф= const в стендовых условиях при Т ф= 2100 К необходимо изменить суммарный коэффициент избытка воздуха в форсажной камере az с 1,07 до 1,05 увеличением расхода топлива на 2,1 %, в высотных условиях потребуется изменение с 1,12 до 1,08 увеличением расхода топлива на 4,0 % при постоянном коэффициенте полноты сгорания топлива. При реализации программы регулирования аг = const расход топлива увеличивается от 0,8 до 4,5% в зависимости от режима полёта JLA;

- при расчёте высотно-скоростных характеристик учёт термической диссоциации и рекомбинации продуктов сгорания приводит к снижению расчётной

величины тяги 5Р от -0,8 до -2,3% (большее снижение соответствует высотным режимам) и увеличению расчётной оценки удельного расхода топлива 6 Суд от 0,8 до 2,5% в зависимости от условий полёта. Для двигателей большей размерности с высокими температурами в камерах сгорания влияние термической диссоциации будет более значимым как из-за влияния снижения расчётной величины температуры рабочего тела, так и из-за увеличения времени пребывания рабочего тела в объёме узлов двигателя, а, следовательно, более полного протекания реакций диссоциации и рекомбинации;

- измените расчётной величины температуры рабочего тела при учёте факторов термической диссоциации и рекомбинации потребует корректировки программы регулирования ГТД относительно результатов расчёта, полученных по традиционной методике.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Создана математическая модель {методика и алгоритм) расчёта термодинамических параметров рабочего тела с учётом термической диссоциации и рекомбинации в гомогенной смеси продуктов сгорания углеводородного топлива (на основе расчётного метода В.Е. Алемасова и В.П. Глушко, разработанного для расчётов ракетных двигателей) с введением дополнительных факторов (неравенство температур топлива и окислителя, потери располагаемого тепла топлива в основной и форсажной камерах сгорания, содержание продуктов сгорания в окислителе), обеспечивающих применяемость методики к расчётам рабочих процессов ГТД.

Разработанные функции определения термодинамических параметров смеси по заданной температуре, энтальпии или энтропии с учётом термической диссоциации и рекомбинации обеспечивают реализацию расчёта процессов расширения рабочего тела в турбине и реактивном сопле по эитальшшно-энтропийным соотношениям, расчёта процессов горения в основной и форсажной камерах сгорания, расчёта процесса смешения и теплообмена.

Разработанная математическая модель позволяет проводить моделирование рабочих процессов в узлах ГТД с учётом неравновесноста состава в зависимости от времени пребывания рабочего тела в объёме узла. Моделирование реализовано с учётом всех значимых индивидуальных веществ, включая содержание азота и серы в составе топлива.

Разработанная математическая модель позволяет проводить расчётную оценку уровня вредных выбросов ГТД в различных условиях сгорания топлива, тем самым повышая эффективность процесса проектирования.

2. Разработанная применительно к ГТД математическая модель и программа Б^о, содержащая сведения о термодинамических свойствах химических элементов и индивидуальных веществ, характерных для продуктов сгорания углеводородного топлива в воздушной среде, включена в состав системы моделирования рабочих процессов ГТД что позволяет проводить термодинамический расчёт ГТД с определением термодинамических параметров рабочего тела с учётом термической диссоциации и рекомбинации продуктов сгорания углеводородного топлива.

Система ВУ10\у с математической моделью расчёта термодинамических параметров рабочего тела с учётом термической диссоциации и рекомбинации апробирована в практике проектных термодинамических расчётов.

3. Анализ результатов сопоставительных (с учётом и без учёта факторов термической диссоциации и рекомбинации) параметрических расчётов процессов в основной и форсажной камерах сгорания, расчётов параметров рабочего процесса и ВСХ варианта высокотемпературного ТРДДФ показал, что учёт вышеуказанных факторов приводит к следующим изменениям:

-в основной камере сгорания при уровне а = 2,2...1,8,р*кс = 5,0...0,2МПа и Т\ - 1900...2100 К температура Т\ снижается на 20...50 К (S fT = -1,05... -2,38%);

-в форсажной камере сгорания при уровне аг = 1Д,я"ф = 0,5...0,05 МПаи Т\ = 2000...2200 К температура Г*ф снижается на 50...70 К (87% = -2,5... -3,18%);

- при работе двигателя по программе поддержания постоянной температуры Т г = 1800 К в условиях полёта //=11 км, М = 2,0 изменение тяги составляет 6Р = -1,5%, удельного расхода топлива 5Суд = 2,2%, в условиях Н = 23 км, М = 2,0 изменения более значительны и составляют 6Р = -2,3%, бС^ = 2,5%.

Полученные результаты подтверждают необходимость учёта факторов термической диссоциации и рекомбинации в математической модели авиационных ГТД в алгоритмах расчёта температуры газа и определения термодинамических свойств рабочего тела. Это особенно актуально при проведении расчётов параметров рабочего процесса и характеристик высокотемпературных ГТД, предназначенных для эксплуатации на больших высотах.

Функциональные возможности, реализовашше в математической модели расчёта термодинамических параметров рабочего тела с уч&гом термической диссоциации и рекомбинации в гомогенной смеси продуктов сгорания углеводородного топлива, позволяют за счёт повышения адекватности результатов термодинамических расчётов ГТД повысить точность и эффективность результатов проектирования и исследования, повысить качество создаваемых перспективных ГТД, отвечающих требованиям к двигателям нового поколения.

Осповные научные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

Статьи в рецензируемых журналах из списка ВАК Мшобрнауки РФ:

1 Болдырев О.И., Горюнов И.М. Оценка основных параметров ГТД с применением методики моделирования равновесного состояния гомогенной смеси продуктов сгорания углеводородного топлива. [Текст] // Вестник СГАУ: научный журнал Самарск. гос. аэрокосмич. ун-та. - 2011 - № 3(27), Ч. 1 - С. 308314. (личный вклад-бж.л.)

2 Болдырев О.И. Математическая модель расчёта термодинамических параметров гомогенной смеси продуктов сгорания углеводородного топлива в термодинамическом цикле газотурбинных двигателей // Современные проблемы науки и образования: научный электронный журнал. - 2011. - №6; URL: www.science-education.ru/100-5181 (дата обращения: 12.01.2012).

3 Горюнов И.М., Болдырев О.И. Направления развития современных математических моделей рабочих процессов газотурбинных двигателей // Современные проблемы науки и образования: научный электронный журнал. -

2011. - №6; URL: www.science-education.ru/100-5180 (дата обращения: 12.01.2012). (личный вклад - 6 ж.л.)

4 Болдырев О.И., Горюнов И.М. Влияние термической диссоциации продуктов сгорания углеводородного топлива на параметры рабочего процесса перспективных газотурбинных двигателей // Современные проблемы науки и образования: научный электронный журнал. - 2012. - №1; URL: www.science-education.ru/101-5285 (дата обращения: 16.01.2012). (личный вклад - 7 ж.л.)

Статьи в других изданиях:

5 Болдырев О.И., Зинатуллин ЭЛ. Особенности термодинамического расчёта газотурбинной энергетической установки на газовом топливе [Текст] // Энергосбережение в Республике Башкортостан: Материалы второй научно-практической республиканской конференции,- Уфа: УГАТУ, 1999. - Ч. 1. -С. 112-116.

6 Болдырев О.И. Расчёт температуры продуктов сгорания углеводородного топлива в основной и форсажной камерах сгорания авиационных ГТД с учётом термической диссоциации // Авиадвигатели XXI века: Международная НТК. - М.: ЦИАМ, 2010. - С. 325 - 328.

7 Болдырев О.И. Оценка влияния фактора термической диссоциации на основные параметры авиационного ГТД [Текст] // Мавлютовские чтения: Всероссийская НТК. - Уфа: УГАТУ, 2011.-Т.2-С. 19- 23.

8 Болдырев О.И. Оценка основных параметров ГТД с применением методики моделирования равновесного состояния гомогенной смеси продуктов сгорания углеводородного топлива [Текст] // Проблемы и перспективы развития двигателестроения: Международная НТК.- Самара: СГАУ, 2011.-Ч. 1.-С. 191 -192.

9 Болдырев О.И. Необходимость учёта равновесного состояния продуктов сгорания при термодинамических расчётах ГТД [Текст] // Молодой учёный: научный журнал. — Чита, ООО «Издательство Молодой учёный», 2011. — №7(30), Т. 1-С. 19-24.

10 Болдырев О.И. Расчёт характеристики перспективного авиационного ГТД с учётом равновесного состояния продуктов сгорания в системе моделирования DVIGw [Текст] И Молодёжный вестник УГАТУ: научный журнал. — Уфа: УГАТУ, 2011. —№1.-С. 29-34.

11 Болдырев О.И. Исследование влияния учёта равновесного состояния рабочего тела на параметры и характеристики перспективных высокотемпературных ГТД [Текст] // Молодой учёный: научный журнал. — Чита, ООО «Издательство Молодой учёный», 2011. — № 10(33). Т. 1 - С. 22-26.

12 Болдырев О.И. Направления совершенствования и требования к современной математической модели для термодинамических расчётов ГТД [Текст] И Молодой учёный: научный журнал. — Чита, ООО «Издательство Молодой учёный», 2011. — № 11(34), ТА - С. 31-35.

13 Болдырев О.И., Кузьмина Н.В. Оценка влияния термической диссоциации продуктов сгорания углеводородного топлива на основные параметры авиационного ГТД // Тезисы XVIII Международной конференции по химической термодинамике в России. - Самара, Самарский государственный технический университет, 2011. - Ч. 1. - С. 51-52. (опубл. на англ. языке).

Диссертант

О.И. Болдырев

БОЛДЫРЕВ Олег Игоревич

ВЛИЯНИЕ ТЕРхМИЧЕСКОЙ ДИССОЦИАЦИИ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ УГЛЕВОДОРОДНОГО ТОПЛИВА НА ПАРАМЕТРЫ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ПЕРСПЕКТИВНЫХ ГТД

Специальность: 05.07.05 - Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано к печати 17.01.2012. Формат 60x84 1/16. Бумага офисная. Печать плоская. Гарнитура Тайме. Усл. печ. л. 1,0. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 481.

ФБГОУ ВПО Уфимский государственный авиационный технический университет Центр оперативной полиграфии 450000, Уфа-центр, ул. К.Маркса, 12

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Болдырев, Олег Игоревич

ОБОЗНАЧЕНИЯ, ИНДЕКСЫ И СОКРАЩЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

1 ПАРАМЕТРЫ СОВРЕМЕННЫХ АВИАЦИОННЫХ ГТД. МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ РАВНОВЕСНОГО СОСТОЯНИЯ РАБОЧЕГО ТЕЛА

1.1 Параметры современных авиационных ГТД. Тенденции развития параметров рабочего процесса и требований к ним

1.2 Методики учёта термической диссоциации и рекомбинации. Состояние вопроса

1.2.1 Состояние вопроса и актуальность проблемы

1.2.2 Обзор программ, использующих методики учёта термической диссоциации при расчёте термодинамических свойств рабочего тела

1.3 Современное программное обеспечение для термогазодинамических расчётов авиационных ГТД

1.4 Выводы по главе

2 СОЗДАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ РАСЧЁТА ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ТЕЛА С УЧЁТОМ ДИССОЦИАЦИИ И РЕКОМБИНАЦИИ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ УГЛЕВОДОРОДНОГО ТОПЛИВА В РАБОЧЕМ ПРОЦЕССЕ АВИАЦИОННОГО ГТД

2.1 Исходные данные

2.1.1 Состав воздуха

2.1.2 Состав топлива

2.2 Основные положения

2.3 Система уравнений для расчёта равновесного состояния

2.4 Необходимость введения учёта неравновесности состава в зависимости от времени пребывания рабочего тела в объёме узла

2.5 Выводы по главе 86 3 ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ И ВЕРИФИКАЦИЯ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ РАСЧЁТА ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ТЕЛА В СОСТАВЕ СИСТЕМЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ГТД

3.1 Реализация в виде отдельной программы

3.2 Реализация в виде составной части системы моделирования рабочих процессов ГТД БУЮ>у

3.2.1 Краткая характеристика систем моделирования ВУЮш и БУЮ\уТ

3.2.2 Включение математической модели расчёта термодинамических параметров рабочего тела в состав системы моделирования БУЮ\у

3.3 Алгоритмы расчёта узлов ГТД с учётом диссоциации и рекомбинации

3.3.1 Общие алгоритмь

3.3.2 Основная и форсажная камера сгорания

3.3.3 Турбина

3.3.4 Камера смешения

3.3.5 Реактивное сопло

3.3.6 Теплообменник '

3.4 Верификация математической модели расчёта термодинамических параметров рабочего тела с учётом диссоциации и рекомбинации продуктов сгорания

3.5 Выводы по главе

4 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ФАКТОРА ДИССОЦИАЦИИ И РЕКОМБИНАЦИИ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ НА ОНОВНЫЕ

ПАРАМЕТРЫ ГТД И ЕГО УЗЛОВ

4.1 Оценка влияния фактора термической диссоциации на параметры узлов ГТД

4.1.1 Основная камера сгорания

4.1.2 Турбина

4.1.3 Форсажная камера

4.1.4 Реактивное сопло

4.2 Особенности построения математической модели ТРДДФ

4.3 Оценка влияния фактора равновесного состояния на основные параметры и характеристики ТРДДФ

4.4 Выводы по главе 161 ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 164 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 167 ПРИЛОЖЕНИЕ А. АКТЫ ВНЕДРЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

ОБОЗНАЧЕНИЯ, ИНДЕКСЫ И СОКРАЩЕНИЯ

Обозначения кг/с4к ' кПа ; а - скорость звука, м/с;

Ь - влагосодержание, кг воды/кг вл. возд.;

С - осевая скорость движения воздуха или газа, м/с; ср - удельная теплоемкость при постоянном давлении, кДж/(кг-К);

Суд - удельный расход топлива, кг/кН-ч (кг/кгс-ч); - диаметр, м;

Г - площадь, м2;

7 - массовый расход, кг/с;

- массовая доля; Н- высота, м;

Ни — низшая теплотворная способность топлива, кДж/кг; / - удельная энтальпия, кДж/кмоль; г - удельная энтальпия, кДж/кг; к - показатель адиабаты; Ь - работа, кДж/кг;

Ьо - теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1 кг топлива; М - число Маха; т - степень двухконтурности;

Ч Дж ;

И- мощность, кВт; п - частота вращения, с"1, об/мин;

Р - тяга, кН (кгс); р - давление, кПа;

2 - количество теплоты, кВт;

- относительный расход топлива; Я - удельная газовая постоянная, Дж/(кг-К); г - объёмная доля; 5 - удельная энтропия, кДж/(кг-К); Т— температура, К;

V- объём, м ; а - коэффициент избытка воздуха; у - удельная масса двигателя, кг/кН (кг/кгс); Д - разность, приращение;

АКу — запас газодинамической устойчивости компрессора; 5 - коэффициент отбора воздуха; т] - коэффициент полезного действия (КПД), эффективность;

X - приведенная скорость;

1 - молекулярная масса, моль/кг;

V - удельный объем, м /кг; л - степень повышения (понижения) давления; р - плотность, кг/м3; а - коэффициент восстановления давления заторможенного потока; Ф - коэффициент скорости.

Индексы - параметры заторможенного потока; - относительный;

0 - параметр в стандартных условиях;

1 - входное сечение узла;

2 - выходное сечение узла;

I - внутренний контур;

II - наружный контур;

Н- невозмущенный поток, окружающая среда; в — воздух, вентилятор; вх - сечение на входе; г - газ, сечение в горле соплового аппарата турбины; гидр - гидравлический; дв — двигатель; диф - диффузор; ид - идеальный; к - компрессор; кан - канал; кр - критическое сечение реактивного сопла, критические параметры; кс - камера сгорания; кем - камера смешения; м - механический; ок - окислитель; отб - отбор; охл - охлаждение; пк - переходный канал; пр - приведенный; пс - продукты сгорания; р - расширение, расчетный; рк - рабочее колесо; рс — реактивное сопло; са - сопловой аппарат; см - смесь, смешение; ср - средний; т - топливо; тепл - тепловой; твд -турбина высокого давления; тнд -турбина низкого давления; уд - удельный параметр; ф - форсажный; 5 — изоэнтропный; £ - суммарный.

Сокращения

БПЛА - беспилотный летательный аппарат;

ВВТ - воздухо-воздушный теплообменник;

ВСХ - высотно-скоростная характеристика;

ВУ - входное устройство;

ГТД — газотурбинный двигатель;

ГТУ — газотурбинная установка;

ЖРД - жидкостный ракетный двигатель;

РДТТ - твердотопливный ракетный двигатель;

КНД - компрессор низкого давления;

КВД - компрессор высокого давления;

КС - камера сгорания;

КСМ - камера смешения;

ЛА - летательный аппарат;

РД - ракетный двигатель;

РС - реактивное сопло;

ТВД - турбина высокого давления, турбовинтовой двигатель;

ТВВ Д - турбовинтовентиляторный двигатель;

ТНД - турбина низкого давления;

ТРД - турбореактивный двигатель;

ТРДД - турбореактивный двухконтурный двигатель;

ТРДДФ - турбореактивный двухконтурный двигатель с форсажной камерой; ТРДФ - турбореактивный двигатель с форсажной камерой; САУ — стандартные атмосферные условия; ФК - форсажная камера сгорания.

Введение 2012 год, диссертация по авиационной и ракетно-космической технике, Болдырев, Олег Игоревич

Актуальность темы. Современные авиационные двухконтурные турбореактивные двигатели (в том числе и с форсажной камерой сгорания) характеризуются высокими значениями параметров рабочего процесса. Температуры в основной и форсажной камерах сгорания приближаются к уровню 1900.2000 К. При проектировании перспективных ТРДДФ эти температуры закладываются близкими к стехиометрическому сжиганию топлива (для керосина это 2000.2200 К). При высокой степени повышения давления заторможенного потока в рабочем процессе возрастают температуры рабочего тела на входе в камеру сгорания, систему охлаждения турбин и в реактивном сопле.

Постоянно повышаются требования к эффективности рабочего процесса, поэтому при создании конкурентоспособных двигателей становится необходимым учёт многих факторов, которым возможно было не уделять внимания ранее при проектировании авиационных двигателей до 1980-х гг.

Самое пристальное внимание уделяется топливной эффективности двигателя, как важнейшему фактору боевой эффективности и экономической конкурентоспособности. Приоритетными также являются экологические требования: снижение уровня шума и, особенно, — вредных выделений (оксидов азота).

Важным следствием высоких температур, характерных для процессов в камерах сгорания, является термическая диссоциация и рекомбинация (далее -диссоциация) находящихся в равновесном состоянии химически активных компонентов продуктов сгорания.

Чем выше температура газа, тем большая доля энергии молекул газа превращается в потенциальную энергию продуктов диссоциации. Температура газа пропорциональна средней кинетической энергии частиц, следовательно, при заданной энтальпии температура диссоциированного газа меньше, чем недис-социированного. При температуре, меньшей 1400 К, диссоциация продуктов сгорания Н20, С02 и др. исчезающе мала.

При столкновении продуктов диссоциации друг с другом, если относительная скорость не слишком велика, может произойти рекомбинация: частицы воссоединятся в целые молекулы. Число воссоединяющихся молекул тем больше, чем чаще происходят соударения, приводящие к рекомбинации. Таким образом, степень диссоциации (отношение числа распавшихся молекул к числу нераспавшихся) при заданной температуре примерно обратно пропорциональна квадрату плотности газа. При увеличении давления степень диссоциации уменьшается.

Реакции диссоциации и рекомбинации — реакции обратимые, т.е. идут одновременно в двух направлениях. Таким образом, их учёт становится возможным в рамках моделирования равновесных процессов в гомогенной смеси продуктов сгорания с различной степенью неравновесности.

Эффект диссоциации и рекомбинации в равновесном состоянии рабочего тела, влияющий на его термодинамические свойства, для перспективных авиационных ГТД максимально проявляется на больших высотах полёта, т.е. на режимах боевого применения ЛА (например, самолётов ПВО). Такие режимы являются определяющими при определении облика ЛА и его лётных и боевых характеристик и, как следствие, учёт фактора равновесного состояния может оказаться крайне важным для расчётов таких режимов.

Принятые в настоящее время методы термодинамического расчёта параметров рабочего тела в авиационных ГТД основаны на методиках и работах ФГУП «ЦИАМ им. П.И.Баранова» [1, 2 и др.], в которых термическая диссоциация и рекомбинация компонентов рабочего тела не учитывается.

В современных математических моделях, предназначенных для термогазодинамических расчётов авиационных ГТД (ГРАД, БУЮшТ, ваБТигЬ и др.), фактор термической диссоциации и рекомбинации компонентов рабочего тела также не учитывается.

Подавляющее большинство топлив, используемых в авиационных ГТД, относится к углеводородным, а остальные виды топлива (такие как сжиженный водород и некоторые синтетические виды топлив) применяются достаточно редко и могут рассматриваться как экзотические. Поэтому для рассмотрения влияния термической диссоциации и рекомбинации на параметры рабочего процесса ГТД в данной работе можно ограничиться рассмотрением углеводородных топлив.

В связи с вышеизложенным, следующие научные проблемы являются актуальными:

Объект исследования — авиационные ГТД, их рабочие процессы и характеристики.

Область исследования — моделирование рабочих процессов ГТД.

Методы исследования основаны на использовании:

- теории авиационных ГТД;

- термодинамики, химической термодинамики, теплопередачи;

- системного анализа и объектно-ориентированного подхода при моделировании сложных процессов и изделий;

- методов современных информационных технологий;

- численных методов решения систем нелинейных уравнений.

Научная новизна работы заключается в:

- математической модели расчёта термодинамических параметров рабочего тела с учётом диссоциации и рекомбинации продуктов сгорания углеводородного топлива (на основе методики В.Е. Алемасова и В.П. Глушко) и ряда дополнительных факторов, разработанной впервые применительно к расчётам рабочих процессов ГТД;

- методики определения термодинамических параметров смеси по заданной температуре, энтальпии или энтропии с учётом термической диссоциации и рекомбинации продуктов сгорания углеводородного топлива обеспечивают реализацию расчёта процессов расширения рабочего тела в турбине и реактивном сопле по энтальпийно-энтропийным соотношениям, расчёта процессов горения в основной и форсажной камерах сгорания, расчёта процесса смешения и теплообмена;

- реализованной на ЭВМ математической модели расчёта термодинамических параметров рабочего тела с учётом фактора диссоциации и рекомбинации продуктов сгорания углеводородного топлива, включённой в состав системы моделирования рабочих процессов ГТД и применённой в практике термогазодинамических расчётов авиационных ГТД в рамках решения проектных задач;

- результатах впервые проведённых расчётных исследований по I влиянию фактора диссоциации и рекомбинации продуктов сгорания углеводородного топлива на основные параметры и высотно-скоростные характеристики перспективного авиационного ТРДДФ.

Достоверность и обоснованность научных положений, результатов и выводов, содержащихся в диссертационной работе, доказывается корректным применением в расчётных исследованиях фундаментальных положений теории рабочих процессов ГТД, газовой динамики, теплообмена и химической термодинамики и подтверждается сопоставлением результатов расчётных исследований с экспериментальными данными и результатами других авторов.

Практическая ценность. Разработанная математическая модель и её программная реализация в виде программы В18Б0 позволяет проводить расчёт процессов сгорания топлива в основной и форсажной камерах сгорания ГТД. Включение математической модели в состав системы моделирования рабочих процессов ГТД ОУЮ\¥ обеспечивает расчёт основных параметров и характеристик ГТД различных схем с учётом фактора диссоциации и рекомбинации продуктов сгорания углеводородного топлива, что позволяет:

• на этапе исследований — расширить возможности анализа работы и обработки результатов испытаний проектируемых или созданных перспективных ГТД на установившихся; режимах, а также сокращения ряда экспериментов по оценке параметров узлов, связанных с натурными испытаниями на дорогостоящем оборудовании, на численное моделирование, а также при разработке систем контроля и диагностики;

• в учебном процессе — выполнять исследования в процессе дипломного проектирования.

Реализация; результатов работы. Разработанная математическая моде-льа и средства решения проектных задач с её использованием, а также результаты проведенных, автором исследований внедрены в ОАО «НПП «Мотор», ОАО «НПО «Сатурн» — НТЦ им. А. Люльки, Уфимском государственном'авиационном техническом университете (УГАТУ) в учебном процессе кафедр «Авиационные двигатели» и «Авиационная теплотехника и теплоэнергетика», а, также в научно-исследовательской деятельности? указанного, вуза; что подтверждено прилагаемыми актами.

На защиту выносятся:

1. Математическая» модель расчёта термодинамических; параметров рабочего тела с учётом термической диссоциации и рекомбинации продуктов сгорания углеводородного топлива, с учётом неравновесности состава и ряда дополнительных факторов в рабочем процессе ГТД.

2. Реализация математической модели расчёта термодинамических параметров рабочего тела с учётом термической диссоциации и рекомбинации продуктов сгорания углеводородного топлива в составе системы моделирования рабочих процессов ' ГТД ПУЮ\у, позволяющая с большей адекватностью проводить на ЭВМ: исследования параметров и характеристик ГТД и их узлов.

Апробация работы. Основные научные и практические результаты диссертационной работы докладывались на 8 научно-технических конференциях, совещаниях и семинарах, в том числе Всероссийской конференции с элементами научной школы для молодёжи «Научно-исследовательские проблемы в области энергетики и энергосбережения» (Уфа, УГАТУ, 18-19 ноября 2010 г.); III международной научно-технической конференции «Авиадвигатели XXI века» (Москва, ЦИАМ, 30 ноября - 3 декабря 2010 г.); Российской научно-технической конференции «Мавлютовские чтения» (Уфа, УГАТУ, 21-24 марта 2011 г.); Международной научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития двигателестроения» (Самара, СГАУ, 28-30 июня 2011 г.); Семинаре «Проблемы авиационного двигателестроения» (Москва, ЦИАМ, 16 августа 2011 г.); Всероссийской научно-технической конференции «Научно-технические проблемы современного двигателестроения» (Уфа, УГАТУ, 26-29 сентября 2011 г.); XVIII Международной конференции по химической термодинамике в России ЯССТ 2011 (Самара, СамГТУ, 3-7 октября 2011 г.); V всероссийской молодёжной научной конференции «Мавлютовские чтения» (Уфа, УГАТУ, 2527 октября 2011 г.).

Результаты отдельных этапов и работы в целом обсуждались на научно-технических советах предприятий: НТЦ им. А. Люльки (2010 г.), ОАО «НПП «Мотор» (2010, 2011 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 работ, из них 4 статьи в изданиях из списка ВАК.

Личный вклад соискателя в разработку проблемы. Все основные положения, связанные с разработкой математической модели учёта фактора диссоциации и рекомбинации продуктов сгорания углеводородного топлива в рабочем процессе авиационного ГТД, её программная реализация в системе БУЮ™, проверка адекватности разработанной математической модели, а также исследование влияния фактора диссоциации и рекомбинации продуктов сгорания на основные параметры рабочего процесса и характеристик узлов авиационных ГТД выполнены автором лично.

Автор выражает признательность научному руководителю д.т.н., профессору И.М. Горюнову за научные консультации, возможность использования системы моделирования DVIGw, а также помощь в проверке выдвинутых гипотез.

Автор выражает благодарность проф. МГТУ им. Н.Э. Баумана Б.Г. Трусову за возможность работы с модулем для расчёта равновесного состава смеси Thermodll.dll.

Коллег по ОАО «Hl Ш «Мотор» автор благодарит за помощь в проверке выдвинутых гипотез и проведении исследований.

Отдельную глубокую благодарность автор выражает А.Я. Магадееву за инициирование работы и содействие в её выполнении.

Заключение диссертация на тему "Влияние термической диссоциации продуктов сгорания углеводородного топлива на параметры рабочего процесса перспективных ГТД"

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Создана математическая модель (методика и алгоритм) расчёта термодинамических параметров рабочего тела с учётом термической диссоциации и рекомбинации в гомогенной смеси продуктов сгорания углеводородного топлива (на основе расчётного метода В.Е. Алемасова и В.П. Глушко, разработанного для расчётов ракетных двигателей) с введением дополнительных факторов (неравенство температур топлива и окислителя, потери располагаемого тепла топлива в основной и форсажной камерах сгорания, содержание продуктов сгорания в окислителе), обеспечивающих применяемость методики к расчётам рабочих процессов ГТД.

Разработанные функции определения термодинамических параметров смеси по заданной температуре, энтальпии или энтропии с учётом термической диссоциации и рекомбинации обеспечивают реализацию расчёта процессов расширения рабочего тела в турбине и реактивном сопле по энталь-пийно-энтропийным соотношениям, расчёта процессов горения в основной и форсажной камерах сгорания, расчёта процесса смешения и теплообмена.

Разработанная математическая модель позволяет проводить моделирование рабочих процессов в узлах ГТД с учётом неравновесности состава в зависимости от времени пребывания рабочего тела в объёме узла. Моделирование реализовано с учётом всех значимых индивидуальных веществ, включая содержание азота и серы в составе топлива.

2. Разработанная применительно к ГТД математическая модель и программа 01з50, содержащая сведения о термодинамических свойствах химических элементов и индивидуальных веществ, характерных для продуктов сгорания углеводородного топлива в воздушной среде, включена в состав системы моделирования рабочих процессов ГТД БУЮ\¥, что позволяет проводить термодинамический расчёт ГТД с определением термодинамических параметров рабочего тела с учётом термической диссоциации и рекомбинации.

Система БУЮ\у с математической моделью расчёта термодинамических параметров рабочего тела с учётом термической диссоциации и рекомбинации продуктов сгорания углеводородного топлива апробирована в практике проектных термодинамических расчётов.

-в основной камере сгорания при уровне а = 2,2. .1,8, р*кс = 5,0.0,2 МПа и 7*г = 1900.2100 К температура снижается на 20. .50 К (6Г*г = -1,05. .-2,38%);

-в форсажной камере сгорания при уровне а2 == 1,1, = 0,5.0,05 МПа и Г*ф = 2000.2200 К температура Т\ снижается на 50. .70 К (8Г*ф = -2,5.-3,18%); при работе двигателя по программе поддержания постоянной температуры Т*г = 1800 К в условиях полёта Н= 11 км, М.= 2,0 изменение тяги составляет 8Р = —1,5%, удельного расхода топлива 5СУД = 2,2%, в условиях Н- 23 км, М = 2,0 изменения более значительны и составляют 5Р = —2,3%, 8 = 2,5%.

Функциональные возможности, реализованные в математической модели расчёта термодинамических параметров рабочего тела с учётом термической диссоциации и рекомбинации в гомогенной смеси продуктов сгорания углеводородного топлива, позволяют за счёт повышения адекватности результатов термодинамических расчётов ГТД повысить точность и эффективность результатов проектирования и исследования, повысить качество создаваемых перспективных ГТД, отвечающих требованиям к двигателям нового поколения.

Библиография Болдырев, Олег Игоревич, диссертация по теме Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов

1. Руководящий технический материал авиационной техники РТМ 1677-83: Двигатели авиационные газотурбинные: Методы и подпрограммы расчёта термодинамических параметров воздуха и продуктов сгорания углеводородных топлив Текст. М.: ЦИАМ, 1983. - 92 с.

2. Ильичёв Я.Т. Термодинамический расчёт воздушно-реактивных двигателей Текст.: технический отчёт ЦИАМ № 6186 / Я.Т.Ильичёв — М.: ЦИАМ, 1969.- 126 с.

3. Двигатели 1944-2000: авиационные, ракетные, морские, наземные Текст. / Под ред. И.Г. Шустова М.: ОООк<АКС-Конверсалт», 2000. - 434 с.

4. Авиадвигателестроение Текст. / Под ред. В.М. Чуйко — М.: Изд. дом «Авиамир», 1999. — 300 с.

5. Иностранные авиационные двигатели Текст.: справочник / Под ред. Г.В. Скворцова. М.: ЦИАМ, 1984. - 320 с.

6. Иностранные авиационные двигатели Текст.: справочник / Под ред. Л.И. Соркина. М.: ЦИАМ, 1987. - 320 (с.

7. Иностранные авиационные двигатели Текст.: приложение к справочнику / Под общ. Л.И. Соркина. М.: ЦИАМ, 1987. - 104 с.

8. Иностранные авиационные двигатели Текст.: справочник / Под общ. ред. Л.И. Соркина. М.: ЦИАМ, 1992. - 286 с.

9. Дополнение к справочнику «Иностранные авиационные двигатели» выпуска 1992 г. Текст. / Под ред. Л.И. Соркина. М.: ЦИАМ, 1997. -128 с.

10. Таблицы основных данных иностранных авиационных двигателей ' Текст. / Под ред. Л.И. Соркина. М.: ЦИАМ, 1992. - 94 с.

11. Иностранные авиационные двигатели Текст.: справочник / Под общ. ред. Л.И. Соркина. М.: Изд. дом «Авиамир», 2000. - 354 с.

12. Иностранные авиационные двигатели Текст.: Справочник / Под ред. В.А. Скибина, В.И. Солонина. -М.: Изд. дом «Авиамир», 2005. — 592 с.

13. Работы ведущих авиадвигателестроительных компаний по созданию перспективных авиационных двигателей (аналитический обзор) Текст. / Под ред. В.А. Скибина и В.И. Солонина. М.: ЦИАМ, 2004. - 424 с.

14. Основные тенденции развития иностранных авиационных двигателей для гражданской авиации Текст.: научно-технический отчёт о НИР ФГУП «НПП «Мотор» № 199ДО-011 / Болдырев О.И., Шабалин М.Ю., Карпов А.В. Уфа, ФГУП «НПП «Мотор», 2008. - 70 с.

15. Thejetengine. Rolls Royce pic, 1996.-278 p.

16. Иностранные авиационные двигатели и газотурбинные установки Текст.: справочник. М.: ЦИАМ, 2010. - 413 с.

17. Работы ведущих авиадвигателестроительных компаний в обеспечение создания перспективных авиационных двигателей (аналитический обзор) Текст. / Под ред. В.А. Скибина и В.И. Солонина. М.: ЦИАМ, 2010. -514 с.

18. Jane's Aero-Engines. Edited by Bill Gunston OBE, FRAeS. Issue Twenty September 2006. Jane's Information Group, Sentinel House, 2006. -772 p.

19. Сарнер С. Химия ракетных топлив Текст. / С. Сарнер: [пер. с англ]. М.: Мир, 1969. - 488 с.

20. Хайлов В.М. Химическая релаксация в соплах реактивных двигателей Текст./ В.М. Хайлов. М.: Машиностроение, 1975. - 158 с.

21. Термодинамические и теплофизические свойства продуктов сгорания Текст.: справочник в 5 т. Т. 1. Методы расчёта / В.ЕАлемасов, А.Ф. Дрегалин, А.П. Тишин, В.А. Худяков; под ред. В.П. Глушко. М.: ВИНИТИ АН СССР, 1971. - 266 с.

22. Термодинамические и теплофизические свойства продуктов сгорания Текст.: справочник в 5 т. Т. 3. Топлива на основе кислорода и воздуха

23. В.Е Алемасов, А.Ф. Дрегалин, А.П. Тишин, В.А. Худяков; под ред. В.П. Глушко. М.: ВИНИТИ АН СССР, 1973. - 624 с.

24. Теория ракетных двигателей Текст.: учебник для вузов / В.Е Алемасов, А.Ф. Дрегалин, А.П. Тишин; под ред. В.П. Глушко. — М.: Машиностроение, 1980. 533 с.

25. Синярёв Г.Б. Применение ЭВМ для термодинамических расчетов металлургических процессов Текст. / Г.Б. Синярёв, H.A. Ватолин, Б.Г. Трусов, Г.К. Моисеев. М.: Наука, 1982. - 263 с.

26. Зельдович Я.Б. Расчёты тепловых процессов при высокой температуре Текст. / Я.Б. Зельдович, А.И. Полярный. — М.: изд. БНТ, 1947. 68 с.

27. ГаркушаЛ.К. Энтропийные диаграммы продуктов сгорания (до 4000°К) Текст. / Л.К. Гаркуша, Г.М. Щеголев. Киев: Наукова думка, 1968. -36 с.

28. Газодинамика и теплообмен при наличии химических реакций Текст. / Под ред. В.П. Мотулевича и В.П. Ионова. М.: Изд-во «ИЛ», 1962. -324 с.

29. Греков Л.И. Основные свойства некоторых газов при высоких температурах Текст.: справочник / Л.И. Греков, Ю.В. Москвин, B.C. Рома-нычев, О.Н. Фаворский. -М.: Машиностроение, 1964.

30. Карп И.Н. Продукты сгорания природного газа при высоких температурах (состав и термодинамические свойства) Текст. / И.Н. Карп, Б.С. Сорока, Л.Н. Дашевский, С.Д Семернина. — Киев, Техника, 1967.

31. Сборник Н.Т. Вопросы теории горения Текст. / Н.Т. Сборник. — М.: Наука, 1970. 160 с.

32. Вильяме Ф.А. Теория горения Текст. / Ф.А. Вильяме: [пер. с англ.].-М.: Мир, 1971.-616 с.

33. Коробов В,В. Термодинамические свойства компонентов продуктов сгорания Текст.: справочник, Том I-III. /В.В. Коробов, Л.В. Гурвич, B.C. Юнгман [и др.] М.: Изд-во АН СССР, 1956.

34. Синярёв Г.Б. Жидкостные ракетные двигатели. Теория и проектирование Текст. / Г.Б. Синярёв, М.В. Добровольский — М.: Оборонгиз, 1957. -580 с.

35. Ракетные двигатели Текст. / Мелькумов Т.М., Мелик-ПашаевН.И., Чистяков ПХ. [и др.]; под ред. СинярёваГ.Б. — М.: Машиностроение, 1976.-400 с.

36. Володин В.А. Конструкция и проектирование ракетных двигателей Текст. / В.А. Володин. — М.: Машиностроение, 1971. — 336 с.

37. Ракетные двигатели Текст. / М. Баррер, А. Жомотт, Б.Ф. Вебек, Ж. Ванденкеркхове: [пер. с англ.]. М.: Оборонгиз, 1962. — 800îC.

38. БондарюкМ.М. Прямоточные воздушно-реактивные двигатели Текст. / М.М. Бондарюк, С.М. Ильяшенко. М.: Оборонгиз, 1958. - 392 с.

39. Болгарский A.B. Расчёт процессов в камере сгорания и*сопле жидкостного ракетного двигателя Текст. / A.B. Болгарский. — М.: Оборонгиз, 1957.-96 с.

40. О'Мага M. Combustion of PVC. Pure & Appl. Chem., Vol 49, pp. 649660. Pergamon Press, 1977.

41. Jensen D.E., Jones G.A. Reaction rate coefficients for flame calculations. Comb. Flame, 1978, v.32, Joi, p. l-34x.

42. Zahniser M.S., Kaufman F. Kinetics of the reactions of CIO with О and with NO. J. Chem. Phys, 1977, v. 66; 8, p. 3673 3681.

43. Термодинамические свойства индивидуальных веществ Текст.: справочник в 2 т. Т.1. Вычисление термодинамических свойств / Под ред. В.П. Глушко. М.: Изд-во академии наук СССР, 1962. - 1162 с.

44. Термодинамические свойства индивидуальных веществ Текст.: справочник в 2 т. Т.2. Таблицы термодинамических свойств / Под ред. В.П. Глушко. М.: Изд-во академии наук СССР, 1962. — 916 с.

45. JANAF Thermochemical tables: ,2-nd edition. NSRDS-NBS 37. -Waschington:.US Gov.Print.Office, 1971.- 1141p.

46. Термодинамические свойства газов при высоких температурах и давлениях Текст. / В.И. Недоступ, Е.П. Галькевич, Е.С. Каминский. Киев: Наук, думка, 1990. - 196 с.

47. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей Текст. / Н.Б Варгафтик. М.: ООО «Старс», 2006. - 720 с.

48. Thermal Constants of Substances / Ed. V.S. Yungman. N.-Y.: Wiley, 1999.-V.l. 1020p.

49. Ривкин С.JI. Термодинамические свойства газов Текст.: справочник/ C.JI. Ривкин. — М.: Энергоатомиздат. 1987. — 286 с.

50. Куликов И.С. Термическая диссоциация' соединений Текст. / И.С. Куликов. М.: Металлургия, 1969. - 574 с.

51. Росляков П.В: Нестехиометрическое сжигание природного газа и мазута на тепловых электростанциях Текст. / П.В. Росляков, И.А1. Закиров. — М.: Изд-во МЭИ, 2001. — 144 с.

52. Александров A.A. Уравнения и программа для расчёта свойств газов и продуктов сгорания Текст. / A.A. Александров, В.Ф. Очков, К.А. Орлов // Теплоэнергетика: научный журнал. 2005. — № 3. С. 48-55.

53. Базаров Г.П. Теплофизические свойства жидкостей и газов при высоких температурах и плазмы Текст. / Г.П. Базаров, Э.Н. Куфа, В.Н. Лапшов. М.: Изд-во стандартов, 1969. - 322 с.

54. Лефевр А. Процессы в камерах сгорания ГТД Текст. / А. Лефевр: [пер. с франц.]. -М.: Мир, 1986. 566 с.

55. Сполдинг Д.Б. Горение и массообмен Текст. / Д.Б. Сполдинг: [пер. с англ.]. М.: Машиностроение, 1985. — 240 с.

56. Термическое разложение и горение взрывчатых веществ и порохов Текст. / Г.Б. Манелис, Г.М. Назин, Ю.И. Рубцов, В.А. Струнин. — М.: Наука, 1996. 363 с.

57. Агафонов В.П. Неравновесные физико-химические процессы в аэродинамике Текст. / В.П. Агафонов, B.K. Вертушкин, А.А. Гладков [и др.]. — М.: Машиностроение, 1972. 342 с.

58. Gary L. Borman, Kenneth W. Ragland. Combustion engineering. McGraw-Hill, 1998.-613 p.

59. William Bartok, Adel F. Sarofim. Fossil fuel combustion: a source book. Wiley, 1991.-866 p.

60. P. Roque-Diaza, V. Zh. Shemeta, V.A. Lavrenkova and V.A. Khristich. Studies on thermal decomposition and combustion mechanism of bagasse under non-isothermal conditions. Thermochimica Acta. Volume 93, 15 September 1985, Pages 349-352.

61. Hiroshi Tsuji. High temperature air combustion: from energy conservation to pollution reduction. CRC Press, 2003. 401 p.

62. Charles E. Baukal, Vladimir Y. Gershtein, Xianming Li. Computational fluid dynamics in industrial combustion. CRC Press, 2001. — 630 p.

63. Мищенко А.И. Применение водорода для автомобильных двигателей Текст. / Мищенко А.И. Киев: Наук, думка, 1984. — 143 с.

64. Miwa К., Mohammadi A., Kidoguchi Y. A study on thermal decomposition of fuels and NOx formation in diesel combustion using a total gas sampling technique. International Journal of Engine Research. Volume 2, Number 3 / 2001. p. 189-198.

65. Теория ракетных двигателей Текст.: учебник для студентов втузов / В.Е. Алемасов, А.Ф. Дрегалин, А.П. Тишин; под ред. В.П. Глушко. — М.: Машиностроение, 1989. 464 с.

66. Пономаренко В.К. Водород в составе ракетных топлив как фактор повышения их энергетической эффективности Текст. / В.К. Пономаренко // Альтернативная энергетика и экология: международный научный журнал, 2002. -№ 1.-С. 35-45.

67. Дорофеев A.A. Основы теории тепловых ракетных двигателей. Теория, расчёт и проектирование Текст.: учебник для авиа- и ракетострои-тельных специальностей вузов / A.A. Дорофеев. — М.: Изд-во МГТУ им М.Э. Баумана, 2010.-463 с.

68. Математическое моделирование рабочего процесса жидкостных ракетных двигателей Текст.: учебник / Под ред. В.К. Чванова. М.: Изд-во МАИ, 1999.-228 с.

69. Алемасов В.Е. Основы теории физико-химических процессов в тепловых двигателях и энергетических установках Текст. / В.Е. Алемасов, А.Ф. Дрегалин, A.C. Черенков. М., Химия, 2000. - 520 с.

70. Дрегалин А.Ф. Общие методы теории высокотемпературных процессов в тепловых двигателях Текст. / А.Ф. Дрегалин, А.С. Черенков; под ред. В.Е. Алемасова. М.: Янус-К, 1997. - 328 с.

71. Математическое моделирование высокотемпературных процессов в энергосиловых установках Текст. / В.Е. Алемасов, А.Ф. Дрегалин, В .Г. Крюков, В.И. Наумов. М.: Наука, 1989. - 256 с.

72. Гарькавый А.А. Двигатели летательных аппаратов Текст. / А.А. Гарькавый, А.В. Чайковский, С.И. Ловинский. — М.: Машиностроение, 1987.-288 с.

73. SirjeanB., HerbinetO., Glaude Р.А., Ruiz-Lopez M.F., FournetR. Theoretical Study of the Thermal Decomposition of a Jet Fuel Surrogate. WSS/CI Spring 2008, Meeting Hosted by the University of Southern California, March 1718, 2007. Paper #08-Sll.

74. Behrens R. Thermal decomposition of HMX: morphological and chemical changes induced at slow decomposition rates.

75. Beckstead M.W., Davidson J.E. and Jing Q. A comparison of solid monopropellant combustion and modeling: Prepared for presentation at the 4th Int. Symp. on Special Topics in Chemical Propulsion. Stockholm, Sweden, May 1996, p. 1 -12.

76. Miller p.J., Block S., Piermarini G.J. Effects of pressure on the thermal decomposition kinetics, chemical reactivity and phase behavior of RDX. Combust. Flame. 1991, v.83, .№ 1,2, p.174-184.

77. Brill T.B., Gongwerp. E., and Williams G.K. Thermal decomposition of energetic materials.

78. Narahari H.K., Mukunda H.S., Jain Y.K. A model of combustion of monopropellants (AP) with complex' gas phase kinetics. Twentieth- Symp (Int) on Combust. 1984, p. 2073 2082.

79. Miller M.S., Kotlar A.J., Coffee T.P., Fife R.A. The overall reaction concept in combustion modeling. Presented at the Workshop Transient Combustion and Stability of Solid Propellants. Politécnico di Milano. Milano, Italy, 12-14 November, 1990.

80. Kenneth K. Kuo. Challenges in propellants and combustion: 100 Years After Nobel. Begell House, Inc., 1997 1181 p.

81. Kenneth K. Kuo, Luigi T. DeLuca. Combustion of energetic materials.

82. Begell House, Inc., 2002. 1092 p.

83. Kenneth K. Kuo, Martin Summerfield. Fundamentals of solid propel-lant combustion. American Institute of Aeronautics and Astronautics, 1984. -891 p.

84. Kenneth K. Kuo. Principles of combustion. Wiley, 1986. — 81 O p.

85. Manelis G.B., NazinG.M., RubtsovYu.I., StruninV.A. Thermal decomposition and combustion of explosives and .propellants. — Taylor & Francis, 2003-363 p.

86. Gardiner W.C, Olson D.B. Chemical kinetics of high temperature combustion. Annual Review of Physical Chemistry. Vol. 31: 377-399, 1980.i

87. Surya N. Bulusu. Chemistry and1 physics of energetic materials. North Atlantic Treaty Organization. Scientific Affairs Division. Springer, 1990. 764 p.

88. Glassman I. Combustion. Academic Press, 1996. — 631 p.

89. Warnatz J., Ulrich Maas, Dibble R.W. Combustion: physical and chemical fundamentals, modeling and simulation, experiments, pollutant formation. Springer, 2006. 378 p.

90. Chung K. Law. Combustion* physics. Cambridge University Press, 2006.-722 p.

91. Forman A. Williams. Combustion theory: the fundamental theory of chemically reacting flow systems.' Perseus Books, 1994». 704 p.

92. Thomas B. Brill. Decomposition, combustion, and detonation chemistry of energetic materials: symposium held November 27-30, 1995, Boston, Massachusetts, U.S.A.

93. Griffiths J.F., Barnard J.A. Flame and combustion. Blackie Academic & Professional, 1995.-309 p.

94. William Cecil Gardiner. Gas-phase combustion chemistry. Springer, 2000. 543 p.

95. Nabil Rafidi, Wlodzimierz Blasiak, Ashwani K. Gupta. High-temperature air combustion phenomena and its thermodynamics. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power March 2008 - Volume 130, Issue 2, 023001 (8 pages).

96. Günter Peter Merker. Simulating combustion: simulation of combustion and pollutant formation for engine-development. Birkhäuser, 2006. 401 p.

97. Vigor Yang, Thomas B. Brill, Wu-Zhen Ren. Solid propellant chemistry, combustion, and motor interior ballistics. American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2000. 990 p.

98. A.F. Balyaev and N.N. Bakhman. Thermal decomposition and combustion of explosives. Combustion, Explosion, and Shock Waves. Volume 3, Number 2, p. 198-199.

99. Thierry Poinsot, Denis Veynante. Theoretical and numerical combustion. R.T. Edwards, Inc., 2005. 522 p.

100. Трусов Б.Г. Программная система TEPPA для моделирования фазовых и химических равновесий в плазмохимических системах Текст. / Б.Г. Трусов // Материалы 4-го Международного симпозиума по теоретической и прикладной плазмохимии. Иваново, 2005. — С. 54-58.

101. JANAF Thermochemical Tables (Third Edition). J.Phys. Chem. Ref. Data vol.14 (1985) Suppl. No.l. (см. также NIST Chemistry WebBook: http ://webbook.nist.gov).

102. Sanford Gordon, Bonnie J. McBride. Computer program for calculation complex chemical equilibrium compositions and applications. NASA Reference publication 1311, parts I and II. 1994.

103. АлемасовВ.Е. Пакет прикладных программ для расчёта термодинамических и теплофизических свойств высокотемпературных рабочих тел Текст. / В.Е. Алемасов, А.Ф. Дрегалин// Известия вузов: Авиационная техника: научный журнал. 1978. № 1.-е. 5-9.

104. Болдырев О.И. Программное обеспечение для термогазодинамических расчётов ГТД Текст.: научно-технический отчёт о НИР ОАО «Н1111 «Мотор» № 199ДО-018 / О.И. Болдырев. Уфа, ОАО «НПП «Мотор», 2010. -50 с.

105. Болдырев О.И. Направления совершенствования и требования к современной математической модели для термодинамических расчётов ГТД. // Молодой учёный: научный журнал. — Чита, ООО «Издательство Молодой учёный», 2011 — № 11 (34), Т 1 С. 31-35.

106. Теория, расчёт и проектирование авиационных двигателей и энергетических установок Текст.: учебник / В.И. Бакулев, В.А. Голубев, Б.А.Крылов [и др.]; под ред. В. А. Сосунова, М.А. Чепкина. М.: Изд-во МАИ, 2003.-688 с.

107. Performance Prediction and Simulation of Gas Turbine Engine Operation. Report of the RTO Applied Vehicle Technology Panel (AVT) Task Group AVT-018. RTO technical report RTO-TR-044 North Atlantic Treaty Organisation (NATO), April 2002.

108. Тунаков А.П. Методы оптимизации при доводке и проектировании газотурбинных двигателей Текст. / А.П. Тунаков.— М.: Машиностроение, 1979 г.-184 с.

109. Ахмедзянов A.M. Диагностика состояния ВРД по термогазодинамическим параметрам Текст. / A.M. Ахмедзянов, Н.Г. Дубравский, А.П. Тунаков. — М.: Машиностроение, 1983. — 206 с.

110. Тунаков А.П. САПР авиационных ГТД Текст.: учебное пособие / А.П. Тунаков, И.А. Кривошеев, Д.А. Ахмедзянов. Уфа: Изд. УГАТУ, 2005. -270 с.

111. Теория двухконтурных турбореактивных двигателей Текст. / Под ред. С.М. Шляхтенко и В.А. Сосунова. М.: Машиностроение, 1979. - 432 с.

112. Проектирование авиационных газотурбинных двигателей Текст.: учебник для вузов / A.M. Ахмедзянов, Ю.С. Алексеев, Х.С. Гумеров [и др.]; под ред. A.M. Ахмедзянова. М.: Машиностроение, 2000. — 454 с.

113. Дружинин Л.Н. Система программ для определения параметров и характеристик турбореактивных двигателей Текст.: технический отчёт ЦИАМ № 8831 / Л.Н. Дружинин, Л.И. Швец. М.: ЦИАМ, 1979. - 159 с.

114. Дружинин Л.Н. Математическое моделирование ГТД на современных ЭВМ при исследовании параметров и характеристик авиационных двигателей Текст. / Л.Н. Дружинин, Л.И. Швец, А.И. Ланшин. // Труды ЦИАМ № 832.-М.: ЦИАМ, 1979.-45 с.

115. Дружинин Л.Н. Алгоритмы и подпрограммы расчёта термодинамических параметров воздуха и продуктов сгорания углеводородных топливв ГТД Текст.: технический отчёт ЦИАМ № 8787 / JI.H. Дружинин, Л.И. Швец, Н.С. Малинина. М.: ЦИАМ, 1979. - 85 с.

116. Дружинин JI.H., Швец Л.И. Алгоритм и программа аппроксимации характеристик компрессоров аналитическими функциями двух переменных Текст.: технический отчёт ЦИАМ № 8722 / Л.Н. Дружинин, Л.И. Швец. — М.: ЦИАМ, 1979.-6 с.

117. Программный комплекс ГРАД. Универсальная математическая модель ГТД Текст.: описание применения. КАИ. 37-15.31.02. Казань: КАИ, 1988.-302 с.143 http://grad.kai.ru/144 http://legacy.kai.ru/cadcam/cadcam.html

118. Ахмедзянов Д.А. Термогазодинамический анализ рабочих процессов ГТД в компьютерной среде DVIGw Текст.: учебное пособие / Д.А. Ахмедзянов, И.М. Горюнов, И.А. Кривошеев [и др.]. Уфа: УГАТУ, 2003.- 162 с.

119. Математические модели авиационных двигателей произвольных схем (компьютерная среда DVIG) Текст.: учебное пособие / Под ред. A.M. Ахмедзянова; УГАТУ. Уфа, 1998.-128 с.

120. GasTurb 9 User's Manual. A program to calculate design and offdesign performance of gas turbines. / J. Kurzke. Germany, 2001.

121. GasTurb 11 User's Manual. Design and off-design performance of gas turbines. / J. Kurzke. Germany, 2007.156 http://www.stg.srs.com157 http://www.gspteam.com

122. GSP, a Generic Object-Oriented Gas Turbine Simulation Environment. ASME-2000-GT-0002, 2000.

123. GSP User Manual. Version 8.2 revision 1. / M.J. Broomhead, W.P.J. Visser. NLR, 2000.

124. Вукалович М.П. Термодинамические свойства газов Текст. / М.П. Вукалович, В.А. Кириллин, С.А. Ремизов [и др.]. М.: Машгиз, 1953. -376 с.

125. Ривкин C.JI. Термодинамические свойства газов Текст. / С.Л. Ривкин. М.: Энергия. 1973. - 288 с.

126. Выбор параметров и проектный термогазодинамический расчёт авиационных газотурбинных двигателей / В.Г. Маслов, B.C. Кузьмичёв, В.А. Григорьев. Куйбышев: КуАИ, 1984. - 176 с.

127. TERTS, a generic real-time gas turbine simulation environment / W.P.J. Visser, M J. Broomhead, J. van der Vorst. NLR-TP-2002-069 NLR, 2002.164 http://www.mtu.de/en/

128. Jeschke, p., Kurzke, J., Schaber, R. and Riegler, C., "Preliminary Gas Turbine Design Using the Multidisciplinary Design System MOPEDS", Journal of Engineering for Gas Turbine and Power, Vol. 126, April 2004, p. 258-264.

129. ГОСТ 4401-81. Атмосфера стандартная. Параметры Текст. M.: Изд-во стандартов, 2000. - 180 с.

130. Физико-химические и эксплуатационные свойства реактивных то-плив Текст.: справочник / Н.Ф. Дубовкин, В.Г. Маланичева, Ю.П. Массур [и др.]. М.: Химия, 1985. - 240 с.

131. ПригожинИ. Химическая термодинамика Текст. / И. Пригожин, Р. Дефэй: [пер. с англ.]. Новосибирск: Наука, 1966. — 502 с.

132. Гленсдорф П. Термодинамическая теория структуры, устойчивости и флуктуаций Текст. / Гленсдорф П., Пригожин И.: [пер. с англ.]. М.: Мир, 1973.-280 с.

133. Крестовников А.Н. Химическая термодинамика Текст. / А.Н. Крестовников, В.Н. Вигдорович. М.: Металлургия, 1973 - 256 с.

134. ЛушпаА.И. Основы химической термодинамики и кинетики химических реакций Текст.: учеб. пособие / А.И. Лушпа. — М.: Машиностроение, 1981. — 240 с.

135. Математические вопросы исследования химических равновесий Текст. / Щербакова Э.С., Бугаевский A.A., Карпов И.К. [и др.]; под ред. Ку-мока В.Н. Томск, Изд-во Томского университета, 1978. — 232 с.

136. ДенисовЕ.Т. Химическая кинетика Текст. / Е.Т.Денисов, О.М. Саркисов, Г.И. Лихтенштейн. — М.: Химия, 2000. 568 с.

137. Кнорре Д.Г. Физическая химия Текст.: учеб. для вузов / Д.Г. Кнорре, Л.Ф. Крылова, B.C. Музыкантов. М.: Высш. шк., 1990. - 416 с.

138. Булатов М.И. Расчёты равновесий в аналитической химии Текст. / М.И. Булатов.—Л.: Химия, 1984. — 184 с.

139. Базаров И.П. Термодинамика Текст. : учебник для вузов / И.П. Базаров. — М.: Высш. шк., 1991. -376 с.

140. КудиновВ.А. Техническая термодинамика Текст.: учеб. пособие для втузов / В.А. Кудинов, Э.М. Карташов. М.: Высш. шк., 2001. - 261 с.

141. Техническая термодинамика Текст.: учебник для вузов / Под ред.

142. B.И. Крутова. М.: Высш. школа, 1981 - 439 с.

143. БэрГ.Д. Техническая термодинамика Текст. / Г.Д. Бэр: [пер. с англ.]. М.: Мир, 1977 - 518 с.

144. Аттетков A.B. Методы оптимизации Текст. / A.B. Аттетков,

145. C.B. Галкин, B.C. Зарубин; под ред. B.C. Зарубина, А.П. Крищенко. М.: Изд. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. - 440 с.

146. Васильев Ф.П. Методы оптимизации Текст. / Ф.П. Васильев. М.: Изд-во «Факториал Пресс», 2002. - 824 с.

147. РеклейтисГ. Оптимизация в технике Текст. Кн. 1 / Г. Реклейтис, А. Рейвиндран, К. Рэгсдел: [пер. с англ.] М.: Мир, 1986. - 350 с.

148. Химмельблау Д. Прикладное нелинейное программирование Текст. / Д. Химмельблау: [пер. с нем.]. М.: Мир, 1975. - 536 с.

149. Архангельский А.Я. Приёмы программирования в Delphi на основе VCL Текст. / А.Я. Архангельский. М.: ООО «Бином-Пресс», 2006. - 944 с.

150. Белов Г.В. Термодинамическое моделирование: методы, алгоритмы, программы Текст. / Г.В. Белов. М.: Научный Мир, 2002. - 184 с.

151. БоглаевЮ.П. Вычислительная математика и программирова-ниеТекст. / Ю.П. Боглаев. М.: Высш. шк., 1990 - 544 с.

152. Двигатель Р-199Ф. Выбор параметров рабочего процесса и основные режимы Текст.: техническая справка ОАО «Н1111 «Мотор» № 199ДС-29. Уфа, ОАО «НПП «Мотор», 2010. - 35 с.

153. Двигатель Р-199Ф. Турбореактивный двухконтурный двигатель с форсажной камерой* сгорания. Высотно-скоростные характеристики Текст. : технический отчёт ОАО «НПП «Мотор» № 199ДВСХ-02. Уфа, ОАО «НПП «Мотор», 2010.-32 с.

154. Болдырев О.И. Оценка влияния фактора термической диссоциации на основные параметры авиационного ГТД Текст. // Мавлютовские чтения: Всероссийская НТК. Уфа: УГАТУ, 2011.- Т.2 - С. 19 - 23.

155. Болдырев О.И. Необходимость учёта равновесного состояния продуктов сгорания при термодинамических расчётах ГТД Текст. // Молодой учёный: научный журнал. — Чита, ООО «Издательство Молодой учёный», 2011.—№7(30), Т. 1-С. 19-24.

156. Болдырев О.И. Расчёт характеристики перспективного авиационного ГТД с учётом равновесного состояния продуктов сгорания в системе моделирования БУЮ\у Текст. // Молодёжный вестник УГАТУ: научный журнал. — Уфа: УГАТУ, 2011. — №1. С. 29-34.

Похожие работы

Авиационная и ракетно-космическая техника
05.07.00