автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.05, диссертация на тему:Экспериментальное и теоретическое уточнение методики проектирования вихревых противоточных низкоперепадных горелок

Гурьянов Александр Игоревич

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ И ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ УТОЧНЕНИЕ МЕТОДИКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВИХРЕВЫХ ПРОТИВОТОЧНЫХ НИЗКОПЕРЕПАДНЫХ ГОРЕЛОК

Специальность 05 07 05 - Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата техническлх наук

□□3 1Т318 1

Рыбинск-2007

003173181

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Рыбинской государственной авиационной технологической академии имени П А Соловьева

Научный руководитель

заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор Пирапишвили Шота Александрович

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Кныш Юрий Алексеевич

кандидат технических наук, доцент Ведешкин Георгий Константинович

Ведущая организация

ОАО «НПО «Сатурн»

Защита состоится _2007 года в часов на заседании

диссертационного совета Д 212 210 01 в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Рыбинской государственной авиационной технологической академии имени П А Соловьева по адресу 152934, г Рыбинск, Ярославская область, ул Пушкина, 53

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственнго образовательного учреждения высшего профессионального образования Рыбинской государственной авиационной технологической академии имени П А Соловьева

Автореферат разослан

« / » 2007 I

Ученый секретарь диссертационного совета

Конюхов Б М

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность

Оптимизация рабочего процесса камеры сгорания (КС) во многом определяет возможность повышения КПД газотурбинных двигателей При проектировании форсуночно-горелочных устройств (ФГУ), формирующих первичную зону КС, широко используется принцип закрутки течения, однако, известные конструкции практически не используют такие особенности закрученного потока как энергоразделение по полной энтальпии и формирование противотока периферийного и приосевого вихрей, позволяющие приблизить условия протекания процессов смесеобразования и горения к условиям в идеализированном гомогенном реакторе

Возможным решением является использование в качестве ФГУ для КС вихревой горелки противоточного типа, однако применение имеющихся вариантов ограничено относительно большой величиной рабочего перепада давления Это требует создания конструкций, работающих по низкоперепадной схеме, а также методики их проектирования, позволяющей выполнять расчетную оценку интегральных термогазодинамических характеристик на стадии разработки Аналитические методы такой оценки ограничены трудностями вычислительного характера, связанными с многообразием и взаимосвязью процессов смесеобразования, тепломассообмена и горения, осложняющими поиск достаточно простых расчетных зависимостей, пригодных для практического применения Методы численного моделирования трудоемки и в ряде случаев дают результаты, не согласующиеся с опытными данными, что связано со сложностью выбора замыкающей модели турбулентности и отсутствием универсальных моделей турбулентного горения Наиболее рациональным методом решения проблемы, по всей видимости, является экспериментальное исследование в рамках многофакторного подхода и представление результатов в виде критериальных уравнений Это определяет актуальность темы работы и позволяет сформулировать цель и ряд задач, решение которых обеспечит ее достижение

Цель работы

Разработать методику проектирования низкоперепадных вихревых противоточных горелок, учитывающую влияние геометрических и режимных параметров на интегральные характеристики рабочего процесса и позволяющую на этапе разработки осуществлять проектировочный расчет

Направление исследований

Для достижения цели необходимо решить ряд задач

разработать критериальную базу термогазодинамического и геометрического подобия процессов в противоточных вихревых горел1 ах, работающих на низком перепаде давления,

выполнить экспериментальное исследование рабочего процесса низкоперепадной вихревой горелки, определить срывные, расходные, гидравлические, эмиссионные характеристики, оценить механизм горения и составить математические зависимости, необходимые для их расчета,

- на основе полученных данных разработать методику проектирования низкоперепадных вихревых горелочных устройств противоточного типа с учетом влияния факторов, определяющих интегральные характеристики рабочего процесса,

- с использованием разработанной методики просчитать конструкцию горелки и провести опытные исследования для оценки адекватности полученных зависимостей,

- проработать схему форсуночно-горелочного модуля камеры сгорания на базе низкоперепадной горелки,

- оценить с точки зрения практической направленности область возможного применения низкоперепадных вихревых горелок среди известных конструкций и возможность их использования в авиации и энергетике

Методы исследований

Для решения поставленных задач использованы теория подобия и размерностей, основополагающие закономерности термогазодинамики, физики процессов горения, требования к постановке теплофизических опытных исследований с учётом положений регрессионного анализа и математического планирования многофакторного эксперимента

Достоверность и обоснованность

Достоверность полученных результатов обеспечивается корректным применением уравнений термогазодинамики, положений теории подобия и размерностей, постановкой экспериментальных исследований с применением метрологически аттестованного оборудования, обработкой опытных данных с использованием статистических методов Она подтверждается совпадением расчетных и опытных данных созданных горелок, а также с результатами работ ранее проведенных исследований

На защиту выносятся:

- критериальная база и система критериальных уравнений, позволяющая на стадии проектирования оценить влияние геометрических и входных параметров на интегральные характеристики рабочего процесса,

- результаты расчетных и экспериментальных исследований совместного влияния определяющих факторов на характеристики рабочего процесса вихревых горелок,

- методика расчета и конструкции вихревых горелочных устройств

Научная новизна

Разработана методика расчета низкоперепадных вихревых горелок, построенная на полученных критериальных уравнениях, найденных на основе теоретического обобщения опытных результатов с использованием теории подобия и размерностей, позволяющая по исходным данным рассчитать геометрию горелки и необходимое соотношение параметров на входе, которое обеспечило бы требуемые мощность, температуру факела на выходе, срывные, расходные, гидравлические, эмиссионные характеристики, определяющие качество рабочего процесса

Предложен ряд конструктивных исполнений вихревых низкоперепадных

горелок авиационного и технологического назначения, новизна которых подтверждается патентом на изобретение № 2262040 от 10 10 05 г и положительным решением о выдаче патента по заявке на изобретение № 2006121286/06 (023109)

Практическая значимость

На базе разработанной методики рассчитано и спроектировано вихревое форсуночно-горелочное устройство для камер сгорания авиационных ГТД и стационарных ГТУ В рамках двойных технологий рассчитаны и разработаны горелки прошедшие испытания, часть из которых внедрена на установке термической утилизации твердых бытовых, медицинских и промышленных отходов, разработка которой выполнялась ГОУ ВПО РГАТА имени П А Соловьева по государственному контракту № Л0140/2261 в рамках работ по федеральной целевой программе «Интеграция науки и высшего образования России на 2002 - 2006 годы»

Апробация работы

Основные результаты выполненных исследований докладывались и обсуждались на следующих конференциях

- VI Всероссийской научно-технической конференции «Теплофизика процессов горения и охрана окружающей среды», г Рыбинск, 2004 г ,

Всероссийской научно-технической конференции «Теплофизика технологических процессов», г Рыбинск, 2005 г ,

- Второй Российской конференции «Тепломассообмен и гидродинамика в закрученных потоках», г Москва, 2005 г ,

- Международной школе конференции молодых ученых аспирантов и студентов имени П А Соловьева и В Н Кондратьева «Авиационная и ракетно-космическая техника с использованием новых технических решений», г Рыбинск, 2006 г ,

- XV и XVI Школах-семинарах молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А И Леонтьева «Процессы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках», г Калуга, 2005 г, г Санкт-Петербург, 2007 г

- Научно-практической конференции «Вузовская наука проблемы и перспективы» в рамках МАКС - 2007, г Москва, 2007 г

Публикации

По материалам диссертации опубликованы 2 статьи в изданиях утвержденных ВАК, 15 докладов в трудах конференций, 8 тезисов докладов, получен 1 патент на изобретение и 1 положительное решение к патенту на изобретение

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка используемых источников и приложения Работа изложена на 138 страницах машинописного текста, включая 3 таблицы, 47 рисунков Список используемых источников включает 119 наименований

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы диссертации, выполнена краткая характеристика работы, сформулированы цели и задачи исследований, отмечена научная новизна, практическая значимость полученных результатов и положения, выносимые на защиту

В первой главе диссертации приведен обзор работ по исследованию термогазодинамики закрученного потока в горелочных устройствах и фронтовых модулях КС ГТД Рассматривается влияние закрутки на микро- и макроструктуру турбулентного реагирующего потока, распределение параметров, геометрию фронта пламени и механизм горения Анализ литературных данных показывает, что, если в реагирующих течениях без закрутки для описания процесса горения можно использовать различные модельные подходы, такие как диффузионный факел, фронт пламени в перемешанной смеси и т д, позволяющие с приемлемой для практики точностью оценить интегральные характеристики (пределы воспламенения, условия стабилизации, границы срыва), то в случае горения в потоках с закруткой такая оценка в ряде случаев противоречит опытным данным не только количественно, но и качественно

Обсуждаются работы, посвященные исследованию рабочего процесса ФГУ КС, показывающие, что эффект закрутки оказывает неоднозначное влияние на интегральные характеристики потока с горением Попытка прогнозирования реальных рабочих характеристик горелок и камер сгорания строится на базе компромиссных решений, с учетом комплекса критериев экологического, экономического и эксплуатационного характера, и несмотря на то, что организация закрутки потока в зоне горения позволяет удовлетворить большинству из них, всегда приводит к значительному увеличению гидравлических потерь, который отрицательно сказывается на КПД двигателя или энергетической установки в целом Проведенный анализ позволил выявить необходимость оптимизации работы и создания новых конструкций горелочных устройств с закруткой течения, работающих на низких перепадах давления Показано, что решение проблемы осложняется многофакторностью процесса горения, затрудняющей возможность разработки расчетных зависимостей практического применения и, как правило, находится лишь в результате экспериментальной поузловой доводки, требующей значительных затрат времени и средств Численное моделирование в принципе позволяет находить поля и интегральные значения интересующих конструктора параметров реагирующего закрученного потока, но использование результатов возможно лишь после тестирования метода расчета по данным эксперимента, поскольку требует индивидуального выбора модели турбулентности и горения и, следовательно, ограничено имеющимся экспериментальным материалом Это

приводит к потере предсказательных функций численных методов при проектировании новых конструкций ФГУ, так как каждый случай становится самостоятельной проблемой

Приведены методы моделирования процессов горения с позиций теории подобия и проанализирована имеющаяся в литературе критериальная база

Во второй главе на основе анализа известных критериев аэротермохимического подобия выполнена разработка критериальной базы рабочего процесса вихревых противоточных горелок, в том числе низкоперепадного типа Анализ исходного списка чисел подобия, получаемого путем обезразмеривания системы уравнений Навье-Стокса, позволил определить критерии, существенные для рассматриваемой задачи Ими являются числа Рейнольдса Яе и Эйлера Ей, остальные исключены из рассмотрения Влияние процессов распыла жидкого топлива в зоне горения учтено введением в систему определяющих критерия Вебера \Уе Показано, что для проведения экспериментов, обобщение которых позволило бы получить расчетные зависимости, дающие возможность создания методики проектирования низкоперепадных вихревых горелок противоточного типа (рис 1), необходимо добавить ряд критериев и установить законы подобия, позволяющие моделировать течение рабочего тела с учетом реакций горения

Проанализированы закономерности развития волны горения в вихревой камере противоточной горелки и основные лимитирующие процесс горения факторы Оценку вероятности реализации того или иного механизма горения предложено вести по соотношению линейных и временных масштабов турбулентности и ламинарного пламени, лежащих в основе всех моделей турбулентного горения, нашедших отражение в литературе

Для описания локальной структуры закрученного потока в зоне горения противоточной вихревои горелки использовано турбулентное число Рейнольдса

Ке,=и70/у,

где и' - пульсаиионная составляющая скорости турбулентного потока, /0 - интегральный линейный масштаб турбулентности, V - кинематическая вязкость

Для оценки соотношения характерного времени фронта ламинарного пламени и интегрального временного масштаба турбулентности используется одно из выражений турбулентного критерия Дамкелера

где /,, Ъп - временной и линейный масштабы ламинарного фронта пламени соответственно, 10 - интегральный временной масштаб турбулентности, £/„ - масштаб скорости ламинарного пламени (нормальная скорость горения)

Оценка характера

взаимодействия микроструктуры турбулентно со замученного

потока с фронтом пламени выполнена с использованием турбулентного критерия

Карло штцщ Л' а [) [I ете р изу ¡о где < о отношение временного масштаб,? ламинарного пламени й масштаба,

ограничивающего область

диссипации анергии в

турбулентном потоке, определенного через интегральный масштаб турбулентности на основе гипотезы Колмогорова

вде (к1:, - временной масштаб Колмогорова.

Такое представление позволило установить однозначную связь масштаба области диссипации 'энергии с геометрическими характеристиками вихрсиой горелки, что удобно для практического использования.

На основе последних трёх критериев предложен© выполнять оценку механизма горения в камере сгорания противоточной вихревой горелки и Степень его приближенности к условиям в гомогенном реакторе. Приведена группа безразмерных комплексов, обеспечивающих подобие режимных и геометрических парам строи. В общем случае связь между рассмотренными критериями имеет вид

/ |йе. е, %. КЩ^а,, Ка1) 0.

где а - коэффициент избытка воздуха; тг* степень расширения;

— относите ||,цая площадь каналов соплового ввода и относительный радиус выходного отверстия сопла-диафрагмы (величины Отнесены к площади поперечного сечешш « радиусу вихревой камеры соответственно). На основе полученного уравнения составлены критериальные зависимости, конкретный вид которых приведен в следующей главе.

Третье глава посвящена опытным исследряйииш нюкшерелалной в и: .ревой противоточной горелки. Описаны методика постановки опытов и экспериментальная установка. Выполнена опенка погрешностей измерений. Схема экспериментальной установки представлена па рис. 2, В опытах в качестве топлива использовался керосин, окислитель воздух. Максимальные относительный погрешности измерений, составляют; расхода воздуха - 2,7 %•

расхода топлива - 5 %, концентрации МОх - 26 %, концентрации СО - 32 %, температуры - 1,9 % Приведена методика обработки опытных данных и статистической проверки полученных критериальных уравнений

Рис 2 Схема экспериментальной установки 1 — компрессор подачи воздуха, 2 — топливный насос 3 — вихревая горелка, 4 — блок питания свечи зажигания, 5 — расходомер (стандартная диафрагма), 6 — приемник полной температуры, 7 — цифровой вольтметр, 8 — мерная трубка, 9,10,11 — регулируемые вешили, 12,17 — пружинные манометры, 13 - пьезометр, 14 - топливный бак, 15 - секундомер, 16 — термопара

Представлены результаты исследований влияния геометрических и режимных параметров на устойчивость горения, срывные расходные, гидравлические и эмиссионные характеристики низкоперепадной противоточной вихревой горелки Получены критериальные уравнения для нахождения границ «бедного» и «богатого» срыва пламени

а„1Ч = 0,19^(28-6я>в-\ при л* =1-2,

аиь=(59-19Я*)(38-158^)ДГ(35-142^)в<, при л =2-3, атш = 72я*"!Рс°'Л;' (18/^2 - 6,+ 0,б), при Рс = 0,12 - 0,18, «,,,„ =0 05 л'"-^ Г""'(18 Д2-6,3^ +0,6), при ^ =0 18-0,22

Срывные характеристики показаны на рис 3,4 Эксперимент подтвердил правильность исходных предположений относительно условий организации стабилизации пламени в зоне воспламенения при низкоперепадной схеме подачи окислителя Максимальный диапазон устойчивой работы нахо ится в области значений степени расширения 1,05 < л* < 1,2

Опыты показали, что характер изменения термогазодинамических процессов и интегральный механизм горения в противоточной вихревой горелке существенно зависят от суммарного коэффициента избытка воздуха При уменьшении а от околосрывных значений вблизи границы «бедного» сры«а процесс диффузионного горения постепенно сменяется механизмом объемного горения по тракту вихревой грелки (а я 16-6) При а«10-8 процесс горения происходит в объеме вихревой камеры, фронт пламени «размазывается» в пространстве в результате турбулентных пульсаций скорости и молярного массообмена вынужденного и потенциального вихрей

1 1.5 2 2.5 л* 3 Иис. 3. Концешрационные границы срыва

пламени и области «бедных» счесей: 1,5 — ■эксперимент; 2,1,6.7 - расчет по крмтериаяьнмм уравнениям: 4.8 - расчет ш> регреесиошюму уравIкIшго;

1-4 - =0,18, Я,, = 0,8, 5-8 = 0,22, К, =0,8

1 1.5 2 2.5 7Г Л Рис. 4. Концентрационные границы ерива пламени в области «богатых» смесей: I - 1Ж£Л1фИмент; 2,5 — расчет по критериальным уравнениям: - расчет но регрее снош юм у у ра I! н е I ги ю; 1-3^ =0,18, К„ 0,3;

4-бРс ----. 0,22. Т<л = 0,8

При дальнейшем уменьшении а до значений а~8-4 постепенно исчезает внутренний факел, и область горения перемещается вниз по потоку от то шит ной форсунки к вы, кодному со илу-диафрагме. На таких режимах горение происходит в объеме вихревой камеры, а за соплом появляется небольшой видимый факел продуктов сгоргшия.

При а <4 механизм объемного горении постепенно сменяется механизмом сгорания (подготовленной в объеме камеры смеси) в квазистационар!юм турбулентном фронте пламени и последующим догоранием но длине факела за срезом сопла диафрагмы с зжекцией дополнительных масс воздуха из атмосферы. На режимах с и« 0,4 - 0.1 процесс горения происходит в стабилизированном, на выходе из вихревой горелки, пламенном диффузионном факеле, к котором сгорают капли часгичпо-испарешюго в камере вихревой горелки топлива.

Представление результатов от ыта в виде критериальных уравнений позволило сократить количество используемых управляющих факторов. Для этого найдена зависимость числа Рейиольдса от комплекса параметров

= Цг'п ) (рис- 5.6). при всех значениях числа Рейиольлса в области

возможных режимов работы вихревой горелки процессы срына пламени определяются тангенсом угла наклона кривых №'е-/(Де), зависящего только от относительной шющади соплового ¡¡вода. Подтверждено предположение о том, что определяющую роль на процесс срыва пламени в закрученном потоке при наличии вторичных вихревых структур оказывают газодинамические эффекты динамики рециркуляционных течений в зоне стабилизации, а не условия теплообмена зоны горения с окружающей средой, влияние которых

ISO ООО 100 ООО 50 ООО

является преобладающим в случае распространения пламени в потоках без крупномасштабных вторичных течений.

250 ООО —--—............200

Re

200 000

0 000 100 000 Re 200 000

We

ISO

100 50

Рис. 5. Зависимость числа Рейно.чъдса от ШИ; 6. За:шсиме:пь числа В«бери рассчитанного стер с ни расширения: 1,4 - эксперимент; по «багатияу» и «бедному» концентрационному

2.5 - расчет по критериальному уравнению; 3,6-рае-че; по pei рее си о г шом у уравнению; 1-3 -£==(ШД, =0,К 1 ■(, 0,5

пределу устойчивого горен™ от числа Рейнольдса: 1,-4.5,7 — эксперимент; 2,4,6,К расчете исполповаш-геч крягерйЗиькмх уравнений; 14- «бедная» граница; 5 - 8 - «богатая» :ран1-.1!а;:,2,5.€ Г; =0,12. Я,, = 0,8, 3,4,7,8- =0,22, К,, = 0,5

Найдены критериальные уравнения для определения Степени повышения температуры, безразмерного коэффициента потерь давления, коэффициента расхода, эмиссионных характеристик (рис. 7,8). Организация рабочего процесса 0 = п'"1- - 6,4а. +- 2,5сг), при и -0.3 + 1,8; 0 = 7при а = 1.8-10;

Гц = 1,3 ■ 10~! Ке"15 е""1^ , при Кс = 2 ■ 104 -6 ■ Ю4;

= 19.5-10"г Яе'117 , при Не - 6 ■ ¡0Ч -=-2,1 ■!()'; = 75 ■ 1 о^е'^Р"'"; ст = , Кри <Х- 6. 4 : I,! : -86е"-""е"!!"1, щш а - ¡, I - 3,3;

сго = 1 Ше'ча л""| при а = 0,5 т- 2; сг„ = 8-1(^^^тС1^, I :ри а = 2 - 2,5; сго = Г'Ю<Г ч<т'""\ при а = 2,5-5. низкйперепадной вихревой протипоточной горелки с минимальным выбросом загрязняющих веществ возможна в диапазоне 1,8 < а < 2,2. Результаты обработки опытных данных, с помошью уточненной критериальной базы щ использования локальных и интегральных критериев механизма позволили определить степень приближенности процессов в цротивоточйой горелке к условиям в гомогенном реакторе идеального перемешивания и Сравнить ее с принципами ортаиигадчн рабочего процесса известных конструкции топлиносжигаюших устройств (рис. 9,10), Анализ механизма взаимодействий

Pi:c. 7. 'Зависимость концентрации NOx в продуктах сгорания от коэффициента избытка воздуха: 1 ■ ■ эксперимент; 2,3 - расчет по критериальным уравнениям; 4,5 ■ расчет по регрессионным уравнения«; ] 5 - íí; г= 1,05

да

Рис 8. Зависимость концентрации СО в продукта* сгорания от коэффициента избытки воздуха. 1 эксперимент:. 2,3,4 — расчет по критериальным уравнениям; 5,6,7 - расчет по регрессионным уравни-нкям: I- 1 - л' - 1,05

I Citó"' 1 Ш 10? ¡0:i F\Jh„ Ю4 Рис. 9. Сравнительная оценка механизмов горения в протнвоточной ннхревой горелке: и известных технических устройствах авиационного и технологического назначения: Й. ~L

О

0 Í 2 3 а 4

Рис. 10, Зависимость критериев Карловитая и Дамкблера от коэффициента избытка воздуха:

1 Ids.JÉS KÜ,

турбулентного закрученного потока с фронтом пламени показал, что одноврсменщ : приближение к модели гомогенной -¿оны горении с точки зрения локального и интегрального механизмов невозможно, tí гомогенном реакторе критерий Дамкёлера (интегральный параметр) принимает значения Da. ~Ю~'\ а критерий Карловнтца (локальный параметр) Ka - Н)4. В дейстйительнрсти, при уменьшении Da! значения Ка также уменьшаются (режим соответствует о к олостех неметрическому горению), поскольку значительно увеличивается скорость нормального i орепия Ц и на пространственных масштабах порядка длины Колмогорова турбулентный фронт пламени ламиниризуется (удаление от условий идеального перемешивания). 1 ¡рн отклонении ij область нестехиометричсского горения («богатую» либо №сдиую») происходит обратный эффект, условия качественною перемешивания на микромасштабах компенсируются низкой

скоростью реакций и увеличением вероятности уноса из зоны горения не прореагировавших молей смеси крупномасштабными турбулентными пульсациями закрученного потока. Оптимальное соотношение отмеченных процессов (рис. 10) возможно реализовать в дну« областях по составу смеси а & 0,6 и а я 2:3.

И четвёртой главе выполнено обобщение результатов проведенных в работе исследоШнШ в виде Методики расчета пилкоперспадпых ошрев&х противоточпых горелок. Полученная методика (блок-схема которой показана на рис. 11.) лает возможность определить наиболее важные интегральные параметры, оценка ¡которых позволяет сократить объем экспериментальных доводочных работ камеры сгорания и установки, в составе которой работает противоточная вихревая горелка. В процессе расчета определяются геометрические характеристики основных элементов конструкции,

интегральные термогазодинамическис ¡параметры

потока в -*1

характерных

Начало расчета

Исход]] ЦЙ ДЛТТ'.к;

1>е\р;. Т], Т], N.. а,^

Определение тепл офюлческих характеристик топлива и

о'\1,,,1-:,кг„я,.,с д,,...

[Зыбор значений управляющих факторен

Расчет геометрических характеристик горелки

Рас ч ё I' тер V» а газо д ил а м и гтес к и х пар ам ечро и

=/¡д д).

В

Определение масштабов фронта пламени и турбулентности в вихревой камере

у, - /(С?.'Л А.£?'",я)А = /((-'■„Д.-.р,.^.,)

Расчёт параметров горстки л о полученным критериальном уравнени^м

£и. ./"(Кг. Я,,); О.е,^. сг!, = /(а. л'): Кс, , Ка, =/(и< .,«„, П, , 6„)

Ни выполняется

Проверка шитнвтстз! 1Я рассчитанных ггарамеггрвп исходным данным

^ N 1. N.|: с = /(Ел;) <<г-,,т1 £ 11-, Ж- Щ, иет Йе,^,

Рис. 11. Блок-схема методики расчета пр от я поточных вихреных горелок

вершение и_!'

расчёта I

сечениях, коэффициенты гидравлических и энергетических потерь, концентрационный диапазон устойчивого горения (характеристики срыва пламени), выполняется оценка механизма горения и степень приближенности процесса к условиям в гомогенном реакторе. Проверяется соответствие расчетных и заданных параметров. Общая её структура расчёта заключается в использовании полученных критериальны л уравнений, а так же интегральных

балансовых соотношений и известных методик расчета процессов термогазодинамики и горения, нашедших отражение в литературе

В пятой главе изложены результаты применения разработанной методики расчета к созданию конструкций низкоперепадных вихревых горелок авиационного и технологического назначения Приведен расчет горелки с исходными данными окислитель - воздух, топливо - керосин Т1, тепловая мощность горелки Л =3 104 Вт, степень расширения л* =1,05, температура воздуха и топлива на входе Т*, =293 К, полнота сгорания топлива г\ = 0,99, концентрация 1ЧОх и СО в продуктах сгорания меньше 50 ррш В результате расчета получены следующие значения основных интегральных термогазодинамических параметров горелки и ее геометрических характеристик /^=0,18, /?, =0,8, суммарный коэффициент избытка воздуха а = 1,5, среднемассовая температура продуктов сгорания 7'=1700К, полнота сгорания 11 = 0,992, диаметр вихревой камеры = 30 10"'м, диапазон регулирования тепловой мощности горелки 3,4 < N<175 кВт, срывные характеристики горелки 0,1<а<20,3м, коэффициент расхода горелки йя=0,31, ст =15 ррш, си,= 29 ррш, турбулентный критерий Карловитца

Ка,=2,2, турбулентный критерий Дамкелера Па, =4.7 10 2 Показана возможность использования низкоперепадных вихревых противо точных горелок в качестве форсуночно-горелочных модулей, формирующих первичную зону горения КС ГТД

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ

1 Разработана методика проектирования вихревых противоточных низкоперепадных горелок, построенная на основе впервые полученных и обобщенных с использованием методов теории подобия и размерностей опытных данных в виде расчетных критериальных зависимостей для определения срывных, расходных и гидравлических характеристик, позволяющая рассчитать геометрию и режим работы с учетом заданных для расчета параметров и обеспечить на реальном объекте требуемую точность с предельным расхождением не превышающим 10 %

2 Результаты экспериментальных исследований подтвердили возможность обеспечения условий стабилизации пламени в вихревой противоточной горелке в диапазоне коэффициентов избытка воздуха 0,4<а<18 при степенях расширения 1,05 <п <1,2, что позволяет использовать ее в качестве форсуночно-горелочного устройства авиационной камеры сгорания

3 Установлено, что рабочий процесс низкоперепадных вихревых горелок, по сравнению с горелочными устройствами других типов, для наиболее совершенных из которых критерий Оа,~Ю~', более близок к условиям гомогенного реактора идеального перемешивания - Оа, -10"1 Для вихревой горелки Оа, - 10"г

4 По разработанной методике расчитаны и спроектированы конструкции противоточных вихревых горелок, работающие при низком перепаде давления % <1,2, что позволило обосновать возможность их применения в авиации и проработать конструктивную схему форсуночно-горелочного модуля камеры сгорания

5 Эксперименты, проведенные с разработанными горелками в составе опытно-промышленных образцов, подтвердили целесообразность их применения в конверсионных процессах, и позволили внедрить часть из них на установке термической утилизации твердых бытовых медицинских и промышленных отходов, что подтверждается прилагаемыми актами внедрения

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО РАБОТЕ

1 Гурьянов, А. И. Вихревые горелочные устройства [Текст] / А И Гурьянов, О В Казанцева, М В Медведева, Ш А Пиралишвили // Инженерный журнал —2005 -№5 - прил - С 8-15

2 Пиралишвили, IU. А. Аэродинамика закрученного потока в вихревых горелках [Текст] / Ш А Пиралишвили, А И Гурьянов, Ахмед Мамо Демена, С М Хасанов//Авиакосмическое приборостроение -2007 -№9 - С 3-8

3 Piralishvili, Sh. A Development and investigation of a vortex burner [Text] / Sh A Piralishvili, A I Gurianov, Г Ali // Nonequilibrium Processes Vol

1 Combustion and Detonation Edited by G D Roy, S M Frolov, A M Starik -Moscow Torus Press Ltd , 2005 - P 124 - 131

4 Гурьянов, А. И. Исследование характеристик низкоперепадного вихревого горелочного устройства [Текст] / А И Гурьянов // Труды XV Школы-семинара молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А И Леонтьева Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках М Изд-во МЭИ, 2005 - Т 2 - С 260 - 263

5 Гурьянов, А. И. Исследование характеристик рабочего процесса вихревой горелки [Текст] / А И Гурьянов // Труды XXIX Конференции молодых ученых и студентов - Рыбинск РГАТА, 2005 - С 131-133

6 Гурьянов, А. И Вихревое горелочнос устройство для утилизации жидких промышленных отходов [Текст] / А И Гурьянов // Труды XXVIII Конференции молодых ученых и студентов - Рыбинск РГАТА, 2003 - С 9-15

7 Гурьянов, А. И. Разработка математической модели и исследование характеристик вихревого горелочного устройства [Текст] / А И Гурьянов // Материалы V и VI Всероссийской научно-технической конференции Теплофизика процессов горения и охрана окружающей среды - Рыбинск РГАТА, 2004 - С 153-154

8 Гурьянов, А. И. Физические основы распыла низкоперепадными пневмофорсунками [Текст] / А И Гурьянов, Д В Шляхова // Труды Международной школы-конференции молодых ученых, аспирантов и студентов имени П А Соловьева и В Н Кондратьева Авиационная и ракетно-космическая техника с использованием новых технических решении -Рыбинск РГАТА, 2006 - С 105-107

9 Гурьянов, А. И Численное моделирование процесса смесеподготовки в вихревом горелочном устройстве [Текст] / А И Гурьянов, Абере Гетахун // Труды Международной школы-конференции молодых ученых, аспирантов и студентов имени П А Соловьева и В Н Кондратьева Авиационная и ракетно-космическая техника с использованием новых технических решений -Рыбинск РГАТА, 2006 - С 107-110

10 Гурьянов, А. И. Исследование механизмов «богато-бедного» и «бедно-бедного» управляемого горения на моделях вихревых форсуночно-горелочных устройств [Текст] / А И Гурьянов // Труды Международной школы-конференции молодых ученых, аспирантов и студентов имени П А Соловьева и В Н Кондратьева Авиационная и ракетно-космическая техника с использованием новых технических решений - Рыбинск РГАТА, 2006 - С 125-129

11 Гурьянов, А. И. Вихревое горелочное устройство [Текст] / А И Гурьянов // Труды IV Школы-семинара молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН В Е Алемасова Проблемы тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении - Казань Изд-во Центра КГУ, 2004 - С 235 - 239

12 Абере Гобезе Гетахун Численное моделирование рабочего процесса форсуночного модуля с закруткой потока [Текст] / Абере Гобезе Гетахун, А И Гурьянов // Труды XVI Школы-семинара молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А И Леонтьева Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках - М Изд-во МЭИ, 2007 -Т2 -С 446-448

13 Гурьянов, А. И Критериальная база экспериментального исследования термогазодинамических параметров в закрученном потоке с горением [Текст] / А И Гурьянов, Ш А Пиралишвили // Труды XVI Школы-семинара молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А И Леонтьева Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках - М Изд-во МЭИ, 2007 - Т 2 - С 253-256

14 Пат. 2262040 Российская Федерация МПК7 Р 23 О 14/02, 14/60, Р 23 С 11/00. Эжекционная горелка [Текст] / Ш А Пиралишвили, Ю А Герасимов, А И Гурьянов, заявитель и патентообладатель 1 ГА ТА -№ 2004114926, заявл 17 05 04 , опубл 10 10 05, Бюл № 28 - 5 с ил

Зав РИОМ А Салкова Подписано в печать 5 10 2007 Формат 60x84 1/16 Уч-издл 1,0 Тираж 100 Заказ 78

Рыбинская I осударственная авиационная технологическая академия им П А Соловьева (РГАТА)

Адрес редакции 152934, г Рыбинск, ул Пушкина, 53 Отпечатано в множительной лаборатории РГАТА 152934, г Рыбинск, ул Пушкина, 53

Список условных обозначений.

Введение.

ГЛАВА 1. Организация закрутки потока в горелочных устройствах и камерах сгорания ГТД. Состояние и перспектива.

Направление исследований.

1.1 Закрутка течения, как способ повышения эффективности параметров рабочего процесса устройств сжигания топлива.

1.2 Моделирование процессов горения в горелочных устройствах и камерах сгорания ГТД.

1.3 Вихревые противоточные горелочные устройства, перспективы и проблемы их применения.

Выводы по главе.

ГЛАВА 2. Критериальная база рабочего процесса вихревых горелочных устройств противоточного типа.

2.1 Система критериев термогазодинамического подобия.

2.2 Критерии оценки механизма горения и геометрического подобия элементов проточной части.

Выводы по главе.

ГЛАВА 3. Исследование влияния геометрии проточной части и входных параметров окислителя и топлива на характеристики рабочего процесса низкоперепадной противоточной вихревой горелки.

3.1 Методика опытных исследований и экспериментальная

Установка.

3.2 Метрологическое обеспечение эксперимента и оценка погрешностей измерений.

3.3 Планирование эксперимента, методика аппроксимации эмпирических данных и статистической проверки результатов.

3.4 Исследование влияния геометрических и режимных параметров на устойчивость горения, срывные, расходные, гидравлические и эмиссионные характеристики.

Выводы по главе.

ГЛАВА 4 Методика расчета вихревых форсуночно-горелочных устройств.

Выводы по главе.

ГЛАВА 5 Вихревые горелочные устройства авиационного и технологического назначения.

5.1 Низкоперепадное вихревое горел очное устройство.

5.2 Схема форсуночно-горелочного модуля камеры сгорания ГТД на базе вихревой низкоперепадной горелки противоточного типа.

5.3 Вихревая эжекционная горелка.

Выводы по главе.

Оптимизация рабочего процесса устройств сжигания топлива и камер сгорания двигателей летательных аппаратов неразрывно связана с расширением научных исследований в области практического использования недостаточно изученных физических явлений, эффектов. К ним относится и эффект Ранка-Хилша, известный как вихревой эффект, физическим проявлением которого является пространственная анизотропия термогазодинамических параметров и интенсивный радиальный энергомассообмен в закрученном потоке, распространяющемся в ограниченном пространстве осесимметричного канала. Особенности закрученных течений и их использование для интенсификации различных технических и технологических процессов изучаются на продолжении многих лет [1-8].

Использование закрутки потока в химически реагирующих течениях впервые было применено при организации циклонного принципа сжигания топлива [6], а в дальнейшем нашло широкое применение при организации рабочего процесса камер сгорания ГТД [1,6,9-14]. Эффекты вращательного движения рабочей среды используются при создании эффективных фронтовых форсуночно-горелочных устройств камер сгорания воздушно-реактивных двигателей, для стабилизации фронта пламени в различных устройствах преобразования химической энергии в тепловую, при проектировании горелок и воспламенителей авиационного и технологического назначения.

Как показывают экспериментальные исследования [1,6,15], закрутка радикальным образом влияет на газодинамическую картину течения, микро и макроструктуру турбулентного потока. Такие свойства и характеристики, как пространственное распределение термогазодинамических параметров, геометрия фронта пламени и механизм горения в реагирующих течениях, существенно зависят от степени закрутки, сообщенной потоку.

Принцип организации движения потоков жидкости или газа с различной степенью закрутки является основой целой гаммы вихревых устройств. Однако, конструкции практически всех из них, включая многочисленные форсуночные и горелочные модули, не используют наиболее характерные особенности вихревых течений: энергоразделение потока по полной энтальпии (температуре) и противоток двух вихрей в ограниченном пространстве осесимметричного канала - периферийного квазипотенциального и приосевого вынужденного, термогазодинамическая «сшивка» которых происходит на радиусе разделения вихрей, определяющем поверхность нулевой осевой компоненты скорости [1,15,16].

Исследования течений с горением, типичных для камер сгорания ГТУ и различных горелочных устройств, показывают [1,6], что закрутка течения существенно интенсифицирует тепломассообменные процессы. Подача окислителя в виде интенсивно закрученного потока в вихревую камеру, позволяет организовать естественное конвективно-пленочное охлаждение корпусных элементов конструкции горелочных устройств [1,15].

Аэродинамика течения в камере сгорания противоточной вихревой горелки характеризуется комплексом свойств [1,15,17] удовлетворяющих требованиям качественной смесеподготовки и стабилизации фронта пламени: высокой интенсивностью турбулентности, самоорганизацией и пространственно-временной квазистационарностью крупномасштабных вторичных вихревых структур, рециркуляционных зон и возвратных течений, наличием локальных областей повышенной температуры. Условия протекания процессов смесеобразования и горения в камере сгорания вихревой противоточной горелки близки к условиям в идеализированном гомогенном ректоре [1,15]. Однако это декларативное заявление пока не имеет доказательства.

Ужесточение норм на эмиссию 1ЧОх и СО газотурбинными двигателями требует разработки принципиально новых принципов организации горения и, соответственно, конструкций горелочных устройств, реализующих эти принципы.

До сих пор остается ряд спорных вопросов и нерешенных проблем, связанных с многообразием и взаимным влиянием множества физико-химических факторов на характеристики процесса горения и горелочного устройства или камеры сгорания в целом, а также неадекватностью получаемых результатов, при их описании с помощью упрощенных математических моделей [1,6,11,15,18-29]. Задача проектирования противоточных вихревых горелок дополнительно осложняется тем, что в настоящее время отсутствуют единые математические теории и общепринятые методы расчета вихревого эффекта и горения в турбулентном потоке [1,15,17].

Решение отмеченных трудностей возможно, если использовать в качестве устройств эффективного сжигания топлива противоточные вихревые горелки, разработанные в ГОУ ВПО РГАТА имени П.А. Соловьева, основы проектирования, расчета и исследования которых изложены в монографиях [1,15], статьях [16,17,26,30,103], а также диссертационных работах [104-106].

Однако, несмотря на многочисленные положительные особенности термогазодинамики закрученного потока, с точки зрения процессов воспламенения и эффективного сгорания топлива в зоне горения противоточной вихревой горелки, возможность использования имеющихся конструкций вихревых горелок в технике несколько ограничена, в связи с тем, что практически все из них работают при относительно больших перепадах давления (значениях степени расширения порядка п =3-10). Несомненно, такая организация рабочего процесса в ряде случаев является единственно возможной, так как позволяет добиться автомодельности горелки от внешних возмущений, поскольку в ней реализовано критическое истечение продуктов сгорания из зоны горения. Подобные противоточные вихревые горелки нашли применение в качестве эффективных воспламенителей камер сгорания ГТД. Практика показывает, что существует ряд задач, в которых необходимо обеспечить надежное горение при отсутствии заметного перепада давления, например при создании высокоэффективных конструкций форсуночно-горелочных модулей, формирующих первичную зону камер сгорания.

Возможность внедрения и использования низкоперепадных противоточных вихревых горелок на практике, требует также создания адекватной методики расчета.

Для этого необходимо провести исследования, направленные на выявление определяющих факторов и механизмов их совместного влияния на физико-химические параметры рабочего процесса низкоперепадных горелок. Получить критериальные и регрессионные уравнения (пригодные для использования в процессе проектирования), аппроксимирующие зависимости интегральных характеристик вихревых горелок от комплекса геометрических и режимных факторов. Это определяет актуальность темы работы.

Методы исследований

Для решения поставленных задач использованы: теория подобия и размерностей, основополагающие закономерности термогазодинамики, физики процессов горения, требования к постановке теплофизических опытных исследований с учётом положений регрессионного анализа и математического планирования многофакторного эксперимента.

Достоверность и обоснованность

Достоверность полученных результатов обеспечивается корректным применением уравнений термогазодинамики, положений теории подобия и размерностей, постановкой экспериментальных исследований с применением метрологически аттестованного оборудования, обработкой опытных данных с использованием статистических методов. Она подтверждается совпадением расчетных и опытных данных созданных горелок, а также с результатами работ ранее проведенных исследований.

На защиту выносятся:

- критериальная база и система критериальных уравнений, позволяющая на стадии проектирования оценить влияние геометрических и входных параметров, на интегральные характеристики рабочего процесса;

- результаты расчетных и экспериментальных исследований совместного влияния определяющих факторов на характеристики рабочего процесса вихревых горелок;

- методика расчета и конструкции вихревых горелочных устройств.

Научная новизна

Разработана методика расчёта низкоперепадных вихревых горелок, построенная на полученных критериальных уравнениях, найденных на основе теоретического обобщения опытных результатов с использованием теории подобия и размерностей, позволяющая по исходным данным рассчитать геометрию горелки и необходимое соотношение параметров на входе, которое обеспечило бы требуемые мощность, температуру факела на выходе, срывные, расходные, гидравлические, эмиссионные характеристики, определяющие качество рабочего процесса.

Предложен ряд конструктивных исполнений вихревых низкоперепадных горелок авиационного и технологического назначения, новизна которых подтверждается патентом на изобретение № 2262040 от 10.10.05 г. и положительным решением о выдаче патента по заявке на изобретение №2006121286/06 (023109).

Практическая значимость

На базе разработанной методики рассчитано и спроектировано вихревое форсуночно-горелочное устройство для камер сгорания авиационных ГТД и стационарных ГТУ. В рамках двойных технологий рассчитаны и разработаны горелки прошедшие испытания, часть из которых внедрена на установке термической утилизации твердых бытовых, медицинских и промышленных отходов, разработка которой выполнялась ГОУ ВГТО РГАТА имени П. А. Соловьёва по государственному контракту № ЛО140/2261 в рамках работ по федеральной целевой программе «Интеграция науки и высшего образования России на 2002 - 2006 годы». Диссертационная работа выполнена при финансовой поддержке по госконтракту № 02.516.11.6021.

Выводы по главе

1. С использованием разработанной методики рассчитано и спроектировано низкоперепадное вихревое горелочное устройство, экспериментальные продувки которого показали совпадение расчётных и опытных данных по срывным характеристикам с расхождением не более 7 %, расходным характеристикам - не более 4 %, гидравлическим - не более 8 %, температуре - не более 10 % и мощности факела - не более 4 %.

3. Результаты расчётов и экспериментов показывают, что закрутка потока, интенсивная турбулентность, наличие крупномасштабных вторичных течений и зон обратных токов подтверждают возможность применения вихревых горелок противоточного типа в качестве форсуночно-горелочных модулей формирующих первичную зону авиационных камер сгорания.

2. Эксперименты, проведённые с разработанными горелками в составе опытно-промышленных образцов, подтвердили целесообразность их применения в конверсионных процессах и позволили внедрить часть из них на установке термической утилизации твердых бытовых, медицинских и промышленных отходов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Разработана методика проектирования вихревых противоточных низкоперепадных горелок, построенная на основе впервые полученных и обобщённых с использованием методов теории подобия и размерностей опытных данных в виде расчётных критериальных зависимостей для определения срывных, расходных и гидравлических характеристик, позволяющая рассчитать геометрию и режим работы с учётом заданных для расчёта параметров и обеспечить на реальном объекте требуемую точность с предельным расхождением не превышающим 10 %.

2. Результаты экспериментальных исследований подтвердили возможность обеспечения условий стабилизации пламени в вихревой противоточной горелке в диапазоне коэффициентов избытка воздуха 0,4<а<18 при степенях расширения 1,05 < тс* <1,2, что позволяет использовать её в качестве форсуночно-горелочного устройства авиационной камеры сгорания.

3. Установлено, что рабочий процесс низкоперепадных вихревых горелок, по сравнению с горелочными устройствами других типов, для наиболее совершенных из которых критерий Ва(~10-1, более близок к условиям гомогенного реактора идеального перемешивания - Ва(~10~3. Для вихревой горелки ~ 10~2.

4. По разработанной методике расчитаны и спроектированы конструкции противоточных вихревых горелок, работающие при низком перепаде давления л* <1,2, что позволило обосновать возможность их применения в авиации и проработать конструктивную схему форсуночно-горелочного модуля камеры сгорания.

5. Эксперименты, проведённые с разработанными горелками в составе опытно-промышленных образцов, подтвердили целесообразность их применения в конверсионных процессах, и позволили внедрить часть из них на установке термической утилизации твердых бытовых медицинских и промышленных отходов, что подтверждается прилагаемыми актами внедрения.

1. Пиралишвили, Ш. А. Вихревой эффект. Эксперимент, теория, технические решения Текст. / Ш. А. Пиралишвили, В. М. Поляев, М. Н. Сергеев; под ред. Леонтьева А. И. М.: УНПЦ «Энергомаш», 2000. -412 с.

2. Халатов, А. А. Теория и практика закрученных потоков Текст. / А. А. Халатов. Киев: Наукова думка, 1989. - 192 с.

3. Ахмедов, Р. Б. Аэродинамика закрученной струи Текст. / Р. Б. Ахмедов, Т. Б. Балагуда, Ф. К. Рашидов [и др.]; под ред. Р. Б. Ахмедова. -М.: Энергия, 1977.-240с.

4. Суслов, А. Д. Вихревые аппараты Текст. / А. Д. Суслов, С. В. Иванов, А. В. Мурашкин [и др.]; под ред. А. Д. Суслова. М.: Машиностроение, 1985. -256с.

5. Щукин, В. К. Теплообмен, массообмен и гидродинамика закрученных потоков в осесимметричных каналах Текст. / В. К. Щукин, А. А. Халатов. -М.: Машиностроение, 1982. 200 с.

6. Гупта, А. Закрученные потоки: пер. с англ. Текст. / А. Гупта, Д. Лилли, Н. Сайред. -М.: Мир, 1987. 588 с.

7. Меркулов, А. П. Вихревой эффект и его применение в технике Текст. / А. П. Меркулов. М.: Машиностроение, 1969. - 176 с.

8. Гольдштик, М. А. Вихревые потоки Текст. / М. А. Гольдштик. -Новосибирск: Наука, 1981. 366 с.

9. Лефевр, А. Процессы в камерах сгорания ГТД Текст. / А. Лефевр. -М.: Мир, 1986.-566 с.

10. Раушенбах, Б. В. Физические основы рабочего процесса в камерах сгорания воздушно-реактивных двигателей Текст. / Б. В. Раушенбах [и др.]. -М.: Машиностроение, 1964. 526 с.

11. Талантов, А. В. Горение в потоке Текст. / А. В. Талантов. М.: Машиностроение, 1978. - 160 с.

12. Ильяшенко, С. М. Теория и расчёт прямоточных камер сгорания Текст. / С. М. Ильяшенко, А. В. Талантов. М.: Машиностроение, 1964. -306 с.

13. Мингазов, Б. Г. Камеры сгорания газотурбинных двигателей. Конструкция, моделирование процессов и расчет Текст. / Б. Г. Мингазов. -Казань: Изд-во Казан, гос. техн. ун-та, 2006. 220 с.

14. Тухбатуллин, Ф. Г. Малотоксичные горелочные устройства газотурбинных установок Текст. / Ф. Г. Тухбатуллин, Р. С. Кашапов. М.: Недра, 1997. - 153 с.

15. Законы горения Текст.; под общ. ред. Ю. В.Полежаева. М.: Энергомаш, 2006. - 352с.

16. Гурьянов, А. И. Вихревые горелочные устройства Текст. / А. И. Гурьянов, О. В. Казанцева, М. В. Медведева, Ш. А. Пиралишвили // Инженерный журнал. 2005. - 43, № 5. - С. 8 - 15.

17. Beer, J. M. Combustion Text. / J. M. Beer, A. Gupta, J. Swithenbank // 16th Symposium (Int.) on Combustion Inst. Pittsburgh, 1977. - P. 79.

18. Тумановский, А. Г. Проблема и пути создания малотоксичных камер сгорания для перспективных стационарных ГТУ Текст. / А. Г. Тумановский, М. Н. Гутник, В. Д. Васильев [и др.] // Теплоэнергетика. 2006. - № 7. -С. 22-29.

19. Lefebvre, Н. Gas Turbine Combustion Text. / H. Lefebvre. Formerly of Purdue University, 1998. - 209 p.

20. Васильев, А. Ю. Разработка струйного фронтового устройства с закруткой потока для камер сгорания Текст. / А. Ю. Васильев, А. А. Свириденков, В. Ф. Гольцев [и др.] // Теплоэнергетика. 2005. - № 4. -С. 19-29.

21. Иноземцев, А. А. Технология малоэмиссионного горения RQQL как направление в достижении высокой надежности стационарного газотурбинного двигателя Текст. / А. А. Иноземцев, В. В. Токарев // Вестник СГАУ. № 2(2). -2002.-С. 46-51.

22. Лукачев, С. В. Особенности работы камеры сгорания в составе ГТД и ГТУ Текст. / С. В. Лукачев, А. М. Цыганов, Ю. Л. Ковылов // Вестник СГАУ. Серия: Процессы горения, теплообмена и экология тепловых двигателей. -1999.-Вып. 2.-С. 164-176.

23. Пчёлкин, Ю. М. Камеры сгорания газотурбинных двигателей Текст. / Ю. М. Пчёлкин. М.: Машиностроение, 1967. - 208 с.

24. Казанцева, О. В. Численное моделирование закрученных течений в вихревых трубах Текст. / О. В. Казанцева, Ш. А. Пиралишвили,

25. A. А. Фузеева // Теплофизика высоких температур. 2005. - Т. 43. - № 4. -С. 606-611.

26. Beer, J. M. Combustion aerodynamics Text. / J. M. Beer, N. A. Chigier. -London: Applied Science, 1972. P. 380.

27. Hoffman Arne В. Modellierung turbulenter Vormischverbrennung Text. /

28. B. Arne Hoffman / Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades Doktor der Ingenieurwissenschaften im Fach Chemieingenieurwesen. Karlsruhe: Universität Karlsruhe, 2004.-316 p.

29. Warnatz, J. Combustion. Physical and mechanical fundamentals, modeling and simulations, experiments, pollution formation Text. / J. Warnatz, U. Maas, R.W. Dibble. N.Y.: Springer, 2001. - 351 p.

30. Медведева, M. В. Численное моделирование и расчет процесса взаимодействия закрученной струи со сносящим потоком Текст. / М. В.Медведева, Ш. А. Пиралишвили // Теплофизика высоких температур. -2005. Т. 43. - №4. - С. 759 - 767.

31. Plessing, Т. Measurements of the turbulent burning velocity and the structure of premixed flames on a low-swirl burner Text. / T. Plessing, C. Kortschik, N. Peters // Proceeding of the combustion institution. Vol. 28. - 2000. -P. 359-366.

32. Santoro, V. S. Vortex-induced extinction behavior in methanol gaseous Flames. A comparison with quasi-steady extinction Text. / V. S. Santoro,

33. D. C. Kyritsis, A. Linan // Proceeding of the combustion institution. Vol. 28. -2000.-P. 2109-2116.

34. Шаулов, Ю. X. Горение в жидкостных ракетных двигателях Текст. / Ю. X. Шаулов, М. О. Лернер. М.: Государственное научно-техническое издательство ОБОРОНГИЗ, 1961. - 195 с.

35. Markstein, G. Н. Nonsteady flame propagation Text. / G. H. Markstein. -N.Y.: Cornell Aeronautical Laboratory, 1964. 221 p.

36. Libby, P. A. Turbulent reaction flows Text. / P. A. Libby, F. A. Williams. N.Y.: Academic Press, 1994. - p. 286.

37. Щетинков, E. С. Физика горения газов Текст. / Е. С. Щетинков. М.: Наука, 1965.-740 с.

38. Industrial burners. Handbook Text. / Edited by С. E. Baukal. Boca Raton, London, New York, Washington: CRC Press LLC, 2003. - 1200 p.

39. Свердлов, Е. Д. Исследование характеристик низкочастотной неустойчивости горения в низкоэмиссионных камерах сгорания. Текст. /

40. E. Д. Свердлов // Второй межведомственный семинар по проблемам низкоэмиссионных камер сгорания. М.: ВТИ, 2007. - С. 1-10.

41. Щелкин, К. И. Газодинамика горения Текст. / К. И. Щелкин, Я. К. Трошин. М.: Изд. АН СССР, 1963. - 256 с.

42. Абрамович, Г. H. Прикладная газовая динамика Текст. / Г. Н. Абрамович. -М.: Наука, 1976. 888 с.

43. Лойцянский, JI. Г. Механика жидкости и газа: учебн. для вузов Текст. / JI. Г. Лойцянский. 7-е изд., испр. - М.: Дрофа, 2003. - 840 с.

44. Седов, Л. И. Методы подобия и размерности в механике Текст. / Л. И. Седов. М.: Наука, 1977. - 440 с.

45. Гухман, А. А. Применение теории подобия к исследованию процессов тепломассообмена Текст. / А. А. Гухман. М.: Высшая школа, 1967. - 303 с.

46. Штым, А. Н. Аэродинамика циклонно-вихревых камер Текст. /

47. A. Н. Штым. Владивосток: Изд. ДВГУ, 1984. - 200 с.

48. Кала, К. Э. Исследование крупномасштабных вихревых структур в модельной камере сгорания Текст. / К. Э. Кала, Э. К. Ферандес, М. В. Хейтор, С. И. Шторк // XXVII теплофизический семинар. Москва, Новосибирск, 2004. -С. 1-17.

49. Goulard, R. Combustion measurements in jet propulsion systems Text. / R. Goulard. la.: Purdue Univ, 1976. - P. 76.

50. Абрамович, Г. H. Теория турбулентных струй Текст. / Г. Н. Абрамович. -М.: Наука, 1984. 716 с.

51. Алексеенко, С. В. Закрученные потоки в технических приложениях Текст. / С. В. Алексеенко, В. Л. Окулов // Теплофизика и аэромеханика. -1996. Т. 3, № 2. - С. 101 - 138.

52. Бычков, Л. Т. Применение теории размерностей к анализу термовихревого эффекта Текст. / Л. Т. Бычков, Ю. С. Рудаков // Изв. вузов. Авиационная техника. 1968. - №3 - С. 21 - 23.

53. Вольф, Л. Измерение затухания вращательного движения в турбулентном потоке Текст. / Л. Вольф, 3. Лейвен, А. Фиджер // Ракетная техника и космонавтика. 1964. - №9. - С. 21 - 30.

54. Ентов, В. М. О параметрах, определяющих вихревой эффект Текст. /

55. B. М. Ентов, В. А. Калашников, Ю. Д. Райский // Известия АН СССР, МЖГ. -1967.-№3,-С. 32-38.

56. Чижиков, 10. В. Развитие теории, методов расчета и промышленное использование вихревого эффекта Текст.: дис. . д-ра техн. наук / Ю. В. Чижиков. М.: МГТУ, 1998. - 291 с.

57. Зельдович, Я. Б. Математическая теория горения и взрыва Текст. / Я. Б. Зельдович, Г. И. Баренблатт, Г. М. Махвиладзе. М.: Наука, 1980. - 479 с.

58. Хитрин, Л. Н. Физика горения и взрыва Текст. / Л. Н. Хитрин. М.: Изд-воМГУ, 1957.-451 с.

59. Вильяме, Ф. А. Теория горения Текст. / Ф. А. Вильяме. М.: Наука, 1971.-616с.

60. Зельдович, Я. Б. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений Текст. / Я. Б. Зельдович, Ю. П. Райзер. М.: Наука, 1966.-687 с.

61. Сполдинг, Д. Б. Горение и массообмен: пер. с англ. Р. Н. Газитуллина и В. И. Ягодкина Текст. / Д. Б. Сполдинг; под. ред. В. Е. Дорошенко. М.: Машиностроение, 1985. - 240 с.

62. Кузнецов, А. Р. Турбулентность и горения Текст. / В. Р. Кузнецов, В. А. Сабельников. М.: Наука, 1986. - 288 с.

63. Гупта, А. Обзор работ по горению в закрученных потоках Текст. /

64. A. Гупта // Ракетная техника и космонавтика. 1977. - №8. - С. 1 - 19.

65. Талантов, А. В. Основы теории горения Текст. / А. В. Талантов. -Казань: Изд-во КАИ, 1975. 252 с.

66. Льюнс, Б. Горение, пламя и взрывы в газах Текст. / Б. Льюис, Г. Эльбе. М.: «Мир», 1968. - 592 с.

67. Пиралишвили, Ш. А. Термогазодинамический анализ природы энергоразделения в вихревой трубе Текст. / Ш. А. Пиралишвили,

68. B. М. Поляев, М. Н. Сергеев // Известия АН РФ. Энергетика. 1999. - № 2.1. C. 87-96.

69. Прудников, А. Г. Процессы смесеобразования и горения в воздушно-реактивных двигателях Текст. / А. Г. Прудников, М. С. Волынский,

70. B. И. Сагалович. -М.: Машиностроение, Москва, 1971. 356 с.

71. Иссерлин, А. С. Основы сжигания газового топлива Текст. / А. С. Иссерлин. Л.: Недра, 1980. - 271 с.

72. Зельдович, Я. Б. Теория горения газов Текст. / Я. Б. Зельдович // Изд-во АН СССР. -1944. С. 306 - 346.

73. Зельдович, Я. Б. Турбулентное и гетерогенное горение Текст. / Я. Б. Зельдович, Д. А. Франк-Каменецкий. М.: ММИ, 1947. - 172 с.

74. Зельдович, Я. Б. К теории горения неперемешанных газов Текст. / Я. Б. Зельдович // Журнал технической физики 1949. - Т. 19. - № 10.1. C. 11-28.

75. Карловитц, Б. Исследование турбулентных пламен Текст. / Б. Карловитц, Д. Деннистон, Ф. Кнапсшефер. М.: Оборонгаз, 1958. - 420 с.

76. Неустойчивость горения Текст. / под ред. Д. Т. Харрье и Ф. Г. Рирдона: пер. с англ. М.: Мир, 1975. - 869 с.

77. Chen, J. Y. PDF modeling of turbulent nonpremixed methane jet flames Text. / J. Y. Chen // Comb. Sei. Technol. 1989. P. 12 - 34.

78. Меркулов, А. П. Гипотеза взаимодействия вихрей Текст. / А. П. Меркулов // Известия АН РФ. Энергетика. 1964. - С. 74 - 82.

79. Стуров, Г. Е. Турбулентный закрученный поток вязкой несжимаемой жидкости в цилиндрической трубе Текст. / Г. Е. Стуров // Вихревой эффект и его промышленное применение: материалы I Всесоюзной науч.-техн. конф. -Куйбышев: КуАИ, 1974. С. 211 - 219.

80. Вихревой эффект и его применение в технике Текст. / Материалы IV Всесоюзной научно-технической конференции. Куйбышев: КуАИ, 1984. -283 с.

81. Reynolds, W. С. The element potential and limitations of direct and large eddy simulation Text. / W. C. Reynolds. -N. Y.: Springer, 1989. 313 p.

82. Candel, S. Current progress and future trends in turbulent combustion Text. / D. Veynante, F. Lacas, N. Darabiha // Combust. Sci. Technol, 1994. -245 p.

83. Poinsot, T. Diagrams of premixed turbulent combustion based on direct simulation Text. / D. Veynante, S. Candels // 23rd Symp. (Intl.) Comb., The combustion Institute, Pittsburgh, 1991. P. 613 - 625.

84. Иванцов, Г. П. Элементы теории подобия и методика расчета моделей, принятая в лаборатории Стальпроекта Текст. / Г. П. Иванцов // Вопросы движения газов в печах: сб. трудов. М.: Госэнергоиздат, 1956. -256 с.

85. Шатиль, А. А. Сжигание природного газа в камерах сгорания газотурбинных установок Текст. / А. А. Шатиль. JL: Недра, 1972. - 231 с.

86. Peters, N. Numerical methods in laminar flame propagation Text. / N. Peters, J. Warnatz, (end). // Vieweg-Verlag, Wiesbaden, 1982. P. 321 - 334.

87. Петунии, A. M. Приближенная теория огневого моделирования Текст. / А. М. Петунин, С. Н. Сыркин // Советское котлотурбостроение. -1937.-№8.-406 с.

88. Дамкёлер, Г. Влияние потока, диффузии и теплопередачи на производительность реакционных печей (аппаратов) Текст. / Г. Дамкёлер // Успехи химии. 1938. - Т. 7. - № 5. - 732 с.

89. Вулис, JI. А. К теории процесса горения в ЖРД Текст. / JI. А. Вулис;под ред. Г. Ф. Кнорре // Исследование процессов горения натурального топлива: сб. трудов. М.: Госэнергоиздат, 1948. - 300 с.

90. Дьяконов, Г. К. Вопросы теории подобия в области физико-химических процессов Текст. / Г. К. Дьяконов. М.: Изд-во АН СССР, 1956. -206 с.

91. Норкин, H. Н. О приближенном огневом моделировании стационарных процессов горения газов Текст. / H. Н. Норкин // Известия Томского политехнического института им. С. М. Кирова. 1952. - С. 5 - 21.

92. Усманов, А. Г. Моделирование гомогенного факела горения Текст. / А. Г. Усманов // Труды Казанского химико-технологического института им. С. М. Кирова. 1949. -№14. - С. 15 - 24.

93. Кнорре, Г. Ф. Теория топочных процессов Текст. / Г. Ф. Кнорре, И. И. Палеев. Л.: Энергия, 1966. - 491 с.

94. Кирпичев, М. В. Моделирование тепловых устройств Текст. / М. В. Кирпичев, М. А. Михеев. М.: Изд-во АН СССР, 1936. - 356 с.

95. Вудворд, Э. И. Исследование идеализированных камер сгорания на основе теории подобия Текст. / Э. И. Вудворд // Вопросы горения. М.: Металлургиздат, 1963. - С. 358 - 369.

96. Талантов, А. В. О механизме горения в турбулентном потоке однородной смеси Текст. / А. В. Талантов // Известия вузов. Авиационная техника. 2007. - №3. - С. 92 - 99.

97. Аввакумов, А. Л. Нестационарное горение в энергетических установках Текст. / А. Л. Аввакумов, И. А. Чучкалов, Я. М. Щелоков. Л.: Недра, 1987.- 159 с.

98. Мингазов, Б. Г. Моделирование внутрикамерных процессов с позиции турбулентного распространения пламени Текст. / Б. Г. Мингазов // Вестник СГАУ. Серия: Процессы горения, теплообмена и экология тепловых двигателей. - 1999.-Вып. 2.-С. 130- 136.

99. Penner, S. S. On the development of rational scaling procedures for liquid fuel rocket engines Text. / S. S. Penner // Jet Propulsion, 1957. - V. 27. -P. 156-161.

100. De Zubay, E. characteristics of disk controlled flame Text. / E. De Zubay I I Aero Digest, 1950. - V. 61. - № 1. - P. 54 - 56.

101. Витман, JI. А. Распыливание жидкостей форсунками Текст. / Л. А. Витман, Б. Д. Кацнельсон, И. И. Палеев. М.: Государственное энергетическое изд-во, 1962. - 256 с.

102. Дитякин, 10. Ф. Распыливание жидкостей. Текст. / Ю. Ф. Дитякин [и др.]. М.: Машиностроение, 1977. - 208 с.

103. Базаров, В. Г. Динамика жидкостных форсунок Текст. / В. Г. Базаров. М.: Машиностроение, 1979. - 132 с.

104. Хавкин, Ю. И. Центробежные форсунки Текст. / Ю. И. Хавкин. -Л.: Машиностроение (Ленингр, Отд-ние), 1976. 168 с.

105. Бородин, В. А. Распыливание жидкостей Текст. / В. А Бородин, Ю. Ф. Дитякин, Л. А. Клячко, В. И. Ягодкин. М.: Машиностроение, 1967. -260 с.

106. Казанцева, О. В. Исследование смесеобразования в вихревом воспламенителе Текст. / О. В. Казанцева, Н. П. Лякина, Ш. А. Пиралишвили // Известия академ. наук. Энергетика. - 2002. - С. 162 - 166.

107. Пиралишвили, Ш. А. Развитие теории, разработка и внедрение методов расчета вихревых энергоразделителей с целью создания эффективных технических устройств Текст.: дис. . д-ра техн. наук / Пиралишвили Шота Александрович. М.: МГТУ, 1991.-405 с.

108. Михайлов, В. В. Исследование характеристик однорасходной вихревой трубы с целью создания эффективных горелочных устройств Текст.: дис. . канд. техн. наук / Михайлов Владимир Владимирович. Рыбинск: РАТИ, 1994.- 153 с.

109. Мухин, А. Н. Газодинамическая стабилизация фронта пламени в потоке на поперечно вдуваемых закрученных струях Текст.: дис. канд. техн. наук / Мухин Андрей Николаевич. Рыбинск: РГАТА, 2001. - 154 с.

110. Лапин, Ю. В. Турбулентный пограничный слой в сверхзвуковых потоках газа Текст. / Ю. В. Лапин. М.: Наука, 1982. - 12 с.

111. Алексеев, Б. В. Физическая газодинамика реагирующих сред Текст. / Б. В. Алексеев, А. М Гришин. М.: Высшая школа, 1985. - 464 с.

112. Ковылов, Ю. JI. Обобщённая характеристика камеры сгорания газотурбинного двигателя / Ю. J1. Ковылов, С. Крашенинников, С. В. Лукачёв, и др. // Теплоэнергетика. 1999. - № 1. - С. 32 - 37.

113. Семёнов, Н. Н. Развитие теории цепных реакций и теплового воспламенения Текст. / Н. Н. Семенов. М.: Знание, 1969. - 96 с.

114. Колмогоров, А. Н. Уравнения турбулентного движения несжимаемой жидкости Текст. / А. Н. Колмогоров // Известия АН СССР. Теоретическая физика. 1942. - Т. 6. - № 1-2.

115. Бредшоу, П. Введение в турбулентность и ее измерение Текст. / П. Бредшоу. М.: Мир, 1974. - 328 с.

116. Фрик, П. Г, Турбулентность: модели и подходы Текст. / П. Г. Фрик. Пермь: Перм. гос. техн. ун-т. - 1999. - Ч. И. - 136 с.

117. Адлер, Ю. П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий Текст. / Ю. П. Адлер, Е. В. Маркова, Ю. В. Грановский. М.: Наука, 1971.-286 с.

118. Преображенский, В. П. Теплотехнические измерения и приборы Текст. / В. П. Преображенский. М.: Энергия, 1978. - 704 с.

119. Кремлёвский, П. П. Расходомеры и счётчики количества Текст. / П. П. Кремлёвский. М.: Машиностроение, 1982. - 375 с.

120. Сычев, В. В. Термодинамические свойства воздуха / В. В. Сычев, А. А. Вассерман, А. Д. Козлов и др.. М.: Издательство стандартов, 1978.-276 с.

121. Эстеркин, Р. И. Методы теплотехнических измерений и испытаний при сжигании газа Текст. / Р. И. Эстеркин, А. С. Иссерлин, М. И. Певзнер. Л.: Недра, 1972.-376 с.

122. Государственное образовательное учреждение высшего профессиональногообразования Рыбинская государственная авиационная технологическаяакадемия имени П.А. Соловьева

123. Государственное образовательное учреждение высшего профессиональногообразования Рыбинская государственная авиационная технологическаяакадемия имени П.А. Соловьева

124. Горелка достаточно надёжна, позволяет обеспечить оптимальное соотношение рабочих характеристик, обладает высокой надежностью воспламенения, эффективной системой стабилизации пламени, широким диапазоном работы и низкой эмиссией токсичных веществ.

125. Отмеченные характеристики обеспечивают более высокую эффективность горелки по сравнению с имеющимися аналогами и определяют экологическую целесообразность её применения в процессах термического воздействия.1. Члены комиссии: