автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.05, диссертация на тему:Повышение экологической безопасности ГТУ путем организации малоэмиссионного горения в камерах сгорания ГТД

На правах рукописи

Беляев Владимир Васильевич

ПОВЫШЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ГТУ ПУТЕМ ОРГАНИЗАЦИИ МАЛОЭМИССИОННОГО ГОРЕНИЯ В КАМЕРАХ СГОРАНИЯ ГТД

Специальность 05.07.05 Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Самара 2006

Работа выполнена в ОАО "Самарский научно-технический комплекс им. Н.Д.Кузнецова" и ГОУВПО "Самарский государственный аэрокосмический университет им. академика С.П.Королева".

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Цыбизов Юрий Ильич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Кныш Юрий Алексеевич; кандидат технических наук, доцент Свердлов Евгений Давыдович

Ведущая организация: ОАО "Самарское конструкторское бюро машиностроения"

Защита диссертации состоится «22» сентября 2006г. на заседании диссертационного совета Д212.215.02 в Самарском государственном аэрокосмическом университете (СГАУ) по адресу:

443086, г.Самара, Московское шоссе, 34а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СГАУ.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный гербовой печатью предприятия, просим направлять по указанному адресу на имя ученого секретаря совета.

Автореферат разослан «21» августа 2006г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

В.Н.Матвеев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы:

В настоящее время применение газотурбинной техники для преобразования скрытой энергии органических топлив в те виды энергии, которые освоены человеком в его жизнедеятельности (эффективная тяга для приведения транспортных устройств в движение, тепло и электричество для применения в быту и в производстве, и т.п.) достигло высокой степени совершенства разработки, производства и эксплуатации.

Высокий уровень экономичности, эксплуатационной эффективности и экологической безопасности таких устройств — основные требования мирового рынка применительно к ГТД. Принято экологическую безопасность двигателей оценивать по их эмиссионным характеристикам и шуму.

Эмиссионную характеристику двигателя определяет, в основном, рабочий процесс камеры сгорания. Ужесточение требований к выбросам вредных веществ и рост параметров цикла ГТД значительно усложняет задачу проектирования камер сгорания, удовлетворяющих требованиям технического задания не только по выбросам вредных веществ, но и по работоспособности и надежности. Это обуславливает необходимость предварительного прогнозирования основных характеристик камер сгорания на этапе проектирования.

Недостаточный уровень знаний особенностей рабочих процессов приводит к тому, что в случае невыполнения одного или нескольких требований технического задания, решение проблемы осуществляется в ходе исключительно трудоемкого и дорогостоящего процесса экспериментальной доводки.

Для малоэмиссионных камер сгорания (МКС) ГТД с высокими

параметрами термодинамического цикла (ГТД ВПТЦ), у которых тг*к >25, трудоемкость этапа экспериментальной доводки существенно возрастает из-за необходимости моделирования или имитации рабочих условий, что влечет за собой усложнение и, как следствие, удорожание процедуры испытаний.

Одной из существенных проблем обеспечения экологической безопасности ГТД является значительная зависимость скорости окисления азота

от рабочих параметров в камере сгорания 7*к и Р*к. Эту проблему решают, в основном, путем сжигания заранее перемешанной "бедной" топливовоздушной смеси (TBC).

Известна существенная зависимость температуры пламени от коэффициента избытка воздуха атвс предварительно перемешанной TBC. Это обстоятельство позволяет выбирать для работы камеры сгорания такой диапазон по агвс , в котором возможно сжигание топлива с высокой полнотой сгорания и с незначительным образованием NOx. Для практического использования указанный диапазон ограничен резким снижением полноты сгорания топлива и ухудшением устойчивости горения в области атвс >2. В условиях камер сгорания

TBC имеет некоторую неравномерность концентрации топлива, выраженную в том, что в потоке рабочего тела одновременно существуют "по соседству" моли газа с различными значениями коэффициента избытка воздуха, что обостряет указанную проблему.

Для решения проблем устойчивости и полноты сгорания "бедных" TBC организуют так называемое зонное горение: TBC подают в камеру сгорания двумя или более потоками в разных сечениях жаровой трубы. Горение каждого потока TBC происходит в "своей" зоне. Выключение одной или нескольких зон позволяет сместиться по диапазону атвс так, чтобы обеспечить устойчивость и

полноту сгорания. Возможно также перераспределение топлива по зонам с той же целью.

Организация многозонного горения приводит к необходимости продолжительной отработки температурной неравномерности на выходе из жаровой трубы МКС и согласования этой характеристики со смежными узлами.

В условиях ГТД ВПТЦ особенно актуальным является исследование особенностей рабочего процесса камер сгорания, влияющих на образование вредных веществ и работоспособность системы горения, в частности, эффективности подготовки TBC и расположения зон горения.

Цель работы: снижение выбросов вредных веществ на основе организации малоэмиссионного горения в камере сгорания конвертированного ГТД ВПТЦ.

Задачи исследования:

1. Разработать способ организации малоэмиссионного горения в камерах сгорания ГТД, позволяющий снизить выбросы вредных веществ и минимизировать объем экспериментальной отработки.

2. На основе разработанного способа получить технические решения по модернизации МКС двигателя НК-38СТ.

3. Выполнить численное и экспериментальное исследования рабочего процесса разработанной МКС с предварительным тестированием математической модели и последующим обобщением результатов.

Достоверность, обоснованность и представительность результатов работы обеспечены корректным применением в расчетно-теоретическом исследовании законов сохранения в общепризнанном виде, использованием апробированных методик проведения экспериментов, экспериментальных данных, полученных на аттестованных стендах квалифицированными специалистами.

Научная новизна работы:

1. Разработан оригинальный способ организации малоэмиссионного горения в камерах сгорания ГТД, позволяющий значительно снизить выбросы вредных веществ.

2. Обобщены результаты теоретического и экспериментального исследований рабочего процесса МКС ГТД ВПТЦ НК—38СТ, в конструкции которой реализован полученный комплекс научно обоснованных технических решений.

Практическая ценность и внедрение результатов работы:

1. Разработанный способ организации малоэмиссионного горения, реализованный в конструкции МКС ГТД ВПТЦ НК—38СТ, позволяет:

— получить на номинальном режиме двигателя конкурентоспособные уровни выбросов вредных веществ NOx<5Омг/м3 и С0<50 мг/м3;

— снизить материалоемкость двигателя за счет размещения конструкции МКС в габаритах авиационного ГТД.

2. Методика выбора параметров системы подготовки TBC внедрена в

систему проектирования камер сгорания ОАО "СНТК им. Н.Д.Кузнецова".

3. Зависимость выбросов NOx от режимных параметров и неравномерности концентрации топлива в TBC может быть использована как номограмма при выборе геометрии МКС ГТД ВПТЦ.

Апробация работы:

Основные результаты диссертации поэтапно докладывались на:

- Всероссийской научно-технической конференции "Процессы горения, теплообмена и экология тепловых двигателей", г.Самара, 2000г.; 2002г.; 2004г.;

- Всероссийской научно-технической конференции, посвященной памяти Н.Д.Кузнецова, г.Самара, 2003 г.;

- Научно-техническом семинаре по проблемам низкоэмиссионных камер сгорания газотурбинных установок "Опыт разработки, проблемы создания и перспективы развития низкоэмиссионных камер сгорания ГТУ", г.Москва, ЦИАМ-ВТИ, 2004г.;

- Международной научно-технической конференции "Двигатели XXI века", посвященной 75-летию ЦИАМ, г.Москва, 2005г.;

- НТС ОАО "СНТК им. Н.Д.Кузнецова", г.Самара, 2003г.; 2004г. и др.

Публикации:

По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе: 5 статей, 3 тезиса доклада, 2 научно-технических отчета.

Структура и объем работы:

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованных источников. Диссертация изложена на 150 страницах машинописного текста, содержит 64 иллюстрации, 5 таблиц и список использованных источников из 137 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении раскрывается актуальность темы исследования, показаны особенности конвертирования авиадвигателей в наземные ГТД.

В первой главе проведен обзор работ, посвященных разработке МКС.

Показаны особенности организации рабочего процесса МКС по известным схемам сжигания топлива без подачи вспомогательных веществ (воды,

пара, аммиака и др.) в тракт двигателя: "LPP", "RQQL" и их комбинации. В данном исследовании рассматривается "LPP" схема организации малоэмиссионного горения.

Представлен современный уровень разработок МКС, нашедших применение в серийно выпускаемых авиапроизводных ГТД ВПТЦ. В мировой практике стационарного турбостроения общепринятым показателем экологической безопасности двигателя является достижение уровня выбросов NOx и СО <50 мг/м3.

В настоящее время только три фирмы серийно производят конвертированные ГТД ВПТЦ с МКС:

- General Electric - двигатели ¿М5000 (>¿=26) и LM6ООО (кк= 30) с многогорелочной трехъярусной (трехзонной) кольцевой МКС;

- Rolls—Royse — Trent (л*к =35) с модульной трехзонной трубчато-кольцевой МКС с радиальными жаровыми трубами;

- ОАО "СНТК им. Н.Д.Кузнецова" - двигатель НК-38СТ (я*к =26) с модульной трубчато—кольцевой двухзонной МКС с диагональными жаровыми трубами.

Проведенный анализ способов организации малоэмиссионного горения, реализованных в ГТД ВПТЦ, показал, что основным недостатком многозонных МКС являются их развитые габариты и, как следствие, большая материалоемкость, что обусловлено стремлением разработчиков обеспечить необходимую эффективность подготовки TBC. К недостаткам можно отнести также применение усложненных систем регулирования МКС.

В ходе анализа высказано предположение, что в настоящее время существует возможность повышения эффективности подготовки "бедной" TBC и осуществления ее сжигания в габаритах авиационных камер сгорания без ухудшения полноты сгорания.

Таким образом, вопрос сокращения числа зон горения (или их объединения) с целью снижения материалоемкости и стоимости ГТД ВПТЦ остается открытым и требует дополнительного исследования.

Обоснованы методы, используемые для решения поставленных задач исследования. В данной работе применялись:

1) теоретические методы — идеализация и формализация;

2) экспериментальные методы - натурный эксперимент с количественным измерением интересующих величин, наблюдение и сравнение;

3) эмпирико—теоретические методы для исследования рабочих процессов — формализация и анализ. .

Во второй главе представлен разработанный автором оригинальный способ организации малоэмиссионного горения, основанный на сжигании "бедной" предварительно подготовленной TBC. Оригинальность предложенного способа заключается в сочетании прямоточной подачи воздуха в завихритель горелочного устройства при отсутствии загромождения проточной части топливоподводящими элементами, стабилизации пламени комбинацией закрутки TBC, плохообтекаемого тела и газодинамического способа и "фиксировании" приосевой зоны обратных токов (ЗОТ) посредством профилированной поверхности контакта плохообтекаемого тела и ЗОТ.

В первом разделе разработан способ организации малоэмиссионного горения, сформирована его структурная схема. На рисунке 1 показана схематизированная картина течения в области подготовки, стабилизации и сжигании предварительно подготовленной TBC.

Система комбинированной стабилизации пламени (рисунок 2) основана на использовании трех механизмов: 1) образования радиального градиента статического давления при закрутке, способствующего приосевому распаду закрученного потока, 2) действия градиента давления на срезе плохообтекаемого тела - развитой втулки завихрителя, 3) газодинамической стабилизации на струях воздуха, вдуваемого внутрь жаровой трубы из отверстий в окончании центрального тела под углом к линиям тока. Дополнительная стабилизация осуществлена путем профилирования поверхности контакта втулки завихрителя с ЗОТ по линиям тока.

--Воздух

-Топливный газ

основного контура

-Тошшвный газ

пилотного контура = = >- TBC

-•>■ Высокотемпературные газы ЗОТ

Зона взаимодействия ЗОТ и свежей TBC

Рисунок 1 — Картина течения в МКС

Воздух

Топливный газ пилотного контура

TBC

Границы зон рециркуляции

ЗОТ

Область взаимодействия ЗОТ и свежей TBC

Рисунок 2 — Система комбинированной стабилизации пламени

Разработана методика выбора параметров системы подготовки TBC, основное содержание которой заключается в "адресной" подаче топливного газа в поток воздуха с целью эффективного использования рабочего пространства смесительного элемента.

Методика основана на использовании известного эмпирического уравнения формы оси поперечной струи в сносящем потоке

У 2,55

dr

Ят Яв

\dT

+ —• 1 + 2,5- — dr I Яв )

tg{ 90u-/7),

где х и у - текущие координаты;

с1т — диаметр топливного отверстия;

Чг = Рт / 2 — скоростной напор потока топливного газа;

Я в ~ Рв '^в2 /2 - скоростной напор воздушного потока; Р — угол ввода струи.

Основным параметром, характеризующим условия в канале смешения, является скоростной напор воздуха рв-Ув2¡2, определяющий в свою очередь

скоростной напор струй топлива рт -Утг¡2, необходимый для их внедрения в поток воздуха с целью эффективного использования пространства канала смешения.

Расчетная схема элементарного участка межлопаточного канала представлена на рисунке 3.

О - "адрес" подачи топлива Рисунок 3 - Схема элементарного участка межлопаточного канала "адресной" системы подготовки TBC

Схема течения поперечной струи в сносящем потоке показана на рисунке 4. На основе анализа литературных источников высказано предположение о границе индивидуальности поперечной струи в сечении x/dT= 25.

Следовательно, "адресом" подачи струи будет координата у/с1т ее оси в

сечении x/dT =25. Предположим, что струи топлива от сечения ввода вниз по

потоку увлекаются воздухом, проходящим в межлопаточных каналах завихрителя, и незначительно влияют на общее поле течения. Тогда

координата у/с/т, спроецированная на указанное сечение, совпадет с центром участка воздействия струи.

ось струи "адрес" подачи топлива

Рисунок 4 — Схема течения поперечной струи в сносящем потоке

Принимая угол ввода струи ¡3 =90°, можно определить число и размеры отверстий для межлопаточного канала завихрителя из условия "адресной" подачи топлива

Предполагается, что с использованием представленной методики перемешивание топлива с воздухом до молекулярного уровня произойдет на наименьшей длине.

В реальных конструкциях камер сгорания участки подготовки TBC имеют неправильные формы, к тому же они ограничены габаритами горелочных устройств. Возникает необходимость оценки качества перемешивания топлива с воздухом для определения степени совершенства конструкции МКС.

Для оценки эффективности подготовки TBC предложен безразмерный

параметр, характеризующим качество смешения топлива с воздухом

/

Чтвс

-I

1 -

(Сг)сР~С

(Сг)

ср

dm ,

где Ст

массовая концентрация топлива в произвольном точке

исследуемой области, кг/кг;

dm — относительный массовый расход TBC через элементарную площадку;

Gr

(Сг)ср =

- средняя массовая концентрация топлива в TBC,

Gß + Gj

кг/кг, характеризующая усредненный по всей TBC уровень концентрации топливного газа. Здесь GT и Gв — расходы топлива и воздуха соответственно.

В главе 3 предложенный параметр применен как основной для определения влияния конструктивных факторов на выбросы вредных веществ.

Во втором разделе главы на основе разработанного способа организации малоэмиссионного горения создана кольцевая прямоточная МКС двигателя НК-38СТ, конструктивная схема которой представлена на рисунке 5.

1 2 3 4

Рисунок 5 - Кольцевая прямоточная МКС ГТД ВПТЦ НК-38СТ

Конструктивное исполнение жаровой трубы 4, узлов крепления 2 горелочных устройств 1 и жаровой трубы, а также корпусов 3 указанной МКС

12

выполнено в манере, традиционной для ОАО "СНТК им. Н.Д.Кузнецова". МКС размещена в габаритах авиа-прототипа НК-93.

Основой МКС является разработанное автором горелочное устройство, особенности конструкции которого представлены ниже.

В соответствии с предложенным способом организации малоэмиссионного горения конструктивная схема горелочного устройства (рисунок 6) включает в себя следующие элементы.

1 2 3 15 456789 10

ВПТЦ НК-38СТ

1) Блок газосборников 13 с выполненными в нем каналами подачи пилотного 1 и основного 2 топлива, газосборников пилотного 14 и основного 4 топлива, коллектора основного топлива 3, сообщенного с полостями (условно не показаны) перфорированных лопаток 12.

2) Завихритель горелочного устройства, состоящий из наружной втулки 5, втулки центрального тела 11, набора перфорированных полых лопаток 12.

3) Втулка 8 предназначена для перепуска небольшой части воздуха, поступающего из компрессора, внутрь жаровой трубы через отверстия 9 в днище центрального тела для его охлаждения и дополнительной газодинамической стабилизации пламени.

Система транспортировки пилотного топлива включает в себя: газосборник 14 пилотного топлива, сообщенный с коллектором 6 посредством каналов (условно не показаны), размещенных в лопатках и пилонах втулки 8. Коллектор 6 сообщен с жаровой трубой посредством отверстий 10 подачи пилотного топлива.

В результате введения выравнивающей решетки 15 (рисунок 6) и профилирования топливного коллектора 4 по закону dF / dq> = const снижена неравномерность распределения топливного газа по лопаткам завихрителя с ±12,5% до ±0,5%.

Для формирования межлопаточного пространства завихрителя и обеспечения равномерного радиального профиля составляющих вектора скорости на выходе из зоны подготовки TBC 7 (рисунок 6), втулочный и периферийный профили, выполненные, как показано на рисунке 7, разнесены от оси с целью обеспечения плавности конфузорных межлопаточных каналов.

По аналогии с известным авиационным термином предложено название представленного способа малоэмиссионного горения: "LPS" — Lean Premixed and Stabilized ("бедная" — предварительно перемешанная — стабилизированная).

В третьей главе составлена математическая модель горения газообразного топлива, и на ее основе проведено численное исследование рабочего процесса МКС ГТД ВПТЦ НК-38СТ.

На основании анализа литературных источников для использования в данном исследовании были выбраны:

- модель течения, основанная на турбулентных уравнениях Навье-Стокса в форме Рейнольдса и гипотезе Буссинеска о виде рейнольдсовых напряжений для моделирования турбулентной вязкости;

- модель турбулентности k-s Лондера-Сполдинга, как наиболее апробированная в мировой практике расчетов турбулентных течений и обладающая лучшим отношением точность/устойчивость;

- модель горения газообразного метана на основе известных уравнений сохранения вещества и энергии и уравнений химической кинетики;

- модель учета влияния турбулентных пульсаций, основанная на описании рассеяния вихрей, являющаяся развитием модели распада вихря Д.Сполдинга;

- модель окисления азота воздуха, основанная на известном расширенном механизме Я.Б.Зельдовича.

Для тестирования составленной модели рассчитаны течения закрученного кольцевого потока в модели трубчатой камеры сгорания и в области поперечной струи в сносящем потоке для qT! qr, =4,75. Результаты, представленные на рисунках 8 и 9, позволяют заключить о применимости составленной модели для расчетов сложных течений, в том числе с ЗОТ.

а б

0.5(—7-

---Vorli-» Core

1.0 2.0 О 1.0 2.0 ^

Рисунок 8 — Границы ЗОТ, полученные при тестировани (о) и в эксперименте Д.Лилли (б)

Тестирование модели образования оксидов азота N0х проведено на модели базовой МКС двигателя НК-38СТ. Результаты сравнения рассчитанных и измеренных значений МЗ* представлены в таблице 1.

На низких режимах работы двигателя расчет базовой МКС занижает значения выбросов ЫОх. Это объясняется неоптимальным составом в МКС на

этих режимах и небольшой полнотой сгорания, характерных для низких режимов

15

стационарных ГТД.

Г—Уравнение оси о с^тв=10 □ <Дотв=11

Рисунок 9 — Конфигурация оси поперечной струи в сносящем потоке

Таблица 1 - Сравнение рассчитанных и измеренных значений ЫОх НК-38СТ с трубчато-кольцевой МКС базовой конструкции__

Мощность двигателя /V, МВт А'Ох, мг/м3 эксперимент МОх, мг/м3 расчет

1,96 15 11

8,56 56 63

12,91 160 173

В целом можно сделать вывод, что составленная математическая модель позволяет прогнозировать выбросы вредных веществ, в частности МОх.

Работа МКС в составе двигателя отличается от работы традиционных камер сгорания необходимостью перераспределения топлива по контурам с тем, чтобы обеспечить устойчивость работы МКС. Указанная особенность обусловливает выбор в качестве основного режимного параметра исследуемой МКС отношения расхода топлива, подаваемого в пилотный контур, к суммарному расходу топлива 0Т1к/0г .

Численное исследование рабочего процесса разработанной МКС проведено в двух направлениях:

1) Исследованы влияния режимных и конструктивных факторов на выбросы оксидов азота N0^ = /(а1Ж:, Р'вс, Т'ж:, т]тнс ) . Расчеты рабочего

процесса с образованием ЫОх проведены на следующих режимах: Ргвс^0,1;1,0;2,6 МПа при Т7'вс =800К и Т7НС =650;500К при Р-'пс =2,6МПа; На всех режимах менялись значения т]твс =0,6; 0,88; 1,0 и атвс =1,5;1,75;2,0.

2) Рассчитаны значения выбросов ЫОх на режимах дроссельной характеристики двигателя НК-38СТ, а также на режимах стендовых экспериментов, в зависимости от Сги./бу .

Результаты первого направления исследования представлены на рисунке 10 в обобщенном виде.

Рисунок 10 - Влияние режимных и конструктивных факторов на выбросы NOx

Для учета влияния реакционной способности TBC, а также времени пребывания, координатой по оси абсцисс выбран параметр форсирования co = GTBC -ехр(атвс -Т^вс /300)/УЖТ, предложенный А.М.Постниковым. Сплошные линии — изолинии rjTBC , пунктирные — изолинии атвс .

Из рассмотрения графиков рисунка 10 следует, что влияние режимных

17

параметров Т*гвс и Р*ж: на выбросы NOx зависит от rjTBC и атвс, причем зависимость от атвс тем сильнее, чем эффективнее подготовлена TBC.

Результаты второго направления исследования, представленные на рисунке 11, позволяют предположить, что в диапазоне мощности двигателя НК-38СТ (0,7... 1,())//„„„ выбросы NOx не превысят 50 мг/м3 при GT]JGT <0,05.

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

Рисунок 11 - Значения рассчитанных выбросов ИОх на режимах дроссельной характеристики ГТД ВПТЦ НК-38СТ с разработанной МКС

Четвертая глава содержит описание экспериментальных установок для исследований рабочего процесса МКС, методики проведения испытаний отсека и полноразмерной МКС, а также результаты экспериментов.

Изображения отсека и установки представлены на рисунке 12. При испытаниях получено согласование измеренных значений ИОх на отсеке и полноразмерной установке МКС.

Анализ экспериментальных данных (рисунки 13... 15) показал согласованность результатов испытаний на отсеке и полноразмерной МКС с расчетами главы 3.

Рисунок 12 — Внешний вид одногорелочного отсека (слева) и полноразмерной установки (справа) разработанной МКС ГТД ВПТЦ НК—38СТ

Рисунок 13 — Выбросы NОх на выходе из базовой и разработанной МКС на режиме: 0:^=1,8; Р*твс=0,1 МПа; Т^ВС-590К. Пунктирные линии (маленькие

значки) — рассчитанные значения. Экспериментальные значения базовой МКС получены В.НЛавровым.

Эффективность разработанного способа организации малоэмиссионного горения иллюстрируется рисунком 13, на котором представлена зависимость выбросов АЮх от относительного расхода пилотного топлива Оги./Сг базовой и разработанной МКС при работе на атмосферном давлении. Разработанная МКС имеет более чем 3-х кратное снижение А'Ох в области 0Пк/0г <0,1 по сравнению с базовой конструкцией.

Рисунок 14 — Профили радиальной температурной неравномерности на выходе из МКС НК-38СТ

№пояса

6 -

5

4 -3 -

—•—МКС -•-Допуск -о—Базовая МКС —МКС расчет

2 -1 -

1 1.05 1.1 1,15 1,2 1,25 вт

Рисунок 15 - Профили окружной температурной неравномерности на выходе из МКС НК-38СТ

Рисунок 16 - Измеренные значения срыва пламени в МКС НК—38СТ

При испытаниях в одинаковых условиях выбросы оксидов углерода СО у разработанной МКС оказались в 1,2 раза выше, чем у базовой. НК-38СТ с базовой МКС на режиме номинальной мощности показал результат СО =40 мг/м3. Следовательно, можно ожидать у разработанной МКС СО =48 мг/м3.

Рисунок 17 - Измеренные значения потерь полного давления МКС НК-38СТ. Пунктирная линия — перепад на жаровой трубе.

Можно отметить, что у разработанной МКС имеется незначительное ухудшение характеристики срыва пламени, а также увеличение гидравлических потерь, характерные для МКС LPP.

В целом МКС, сконструированная и изготовленная в соответствии с разработанным способом организации малоэмиссионного горения, в составе ГТД ВПТЦ НК-38СТ позволяет выполнить требования перспективных норм по . выбросам вредных веществ: NOx <50 мг/м3, СО <50 мг/м3.

Основные результаты и выводы по работе:

1. Разработан новый способ организации малоэмиссионного горения в камерах сгорания ГТД, позволяющий значительно снизить выбросы вредных веществ, в частности, оксидов азота.

2. Предложена методика подготовки TBC, позволяющая достичь в условиях кольцевых прямоточных МКС ГТД ВПТЦ уровня эффективности Птвс> 0,88.

3. Предложена система стабилизация пламени "бедной" TBC, основанная на комбинации плохообтекаемого тела, закрутки потока и газодинамической стабилизации. Дополнительная стабилизация достигнута профилированием

поверхности контакта плохообтекаемого тела и ЗОТ.

4. Доказана принципиальная возможность снижения выбросов оксидов азота в конвертированных ГТД ВПТЦ при использовании компактных кольцевых однорядных МКС. Разработанный способ организации рабочих процессов МКС, реализованный в конструкции ГТД ВПТЦ НК-38СТ, позволяет получить на номинальном режиме двигателя конкурентоспособные уровни выбросов вредных веществ NOx<5Омг/м3 и СО<50 мг/м3.

5. Обобщены экспериментальные и рассчитанные данные по зависимостям уровней выбросов вредных веществ от режимных параметров и неравномерности концентрации топлива в TBC виде графиков, позволяющих выполнять режимное и геометрическое моделирование.

6. Установлены основные закономерности влияния отдельных режимных и конструктивных факторов на образование оксидов азота в условиях горения "бедных" предварительно подготовленных TBC. Решающим значением в этом обладает неравномерность концентрации топлива. При среднемассовой эффективности подготовки TBC т]твс<0,8 горение приобретает диффузионный характер, и влияние давления и температуры проявляется в большей степени.

7. Установлено, что режимные и конструктивные факторы, которые снижают абсолютное значение выбросов NOx, приводят к росту относительных значений NOx при повышении режимных параметров.

Основные положения диссертационной работы изложены в следующих

работах:

1. Постников A.M., Лавров В.Н., Цыбизов Ю.И., Беляев В.В. Влияние режимных параметров и конструктивного исполнения камер сгорания ГТУ на эмиссию вредных веществ//Вестник СГАУ. Серия: Процессы горения, теплообмена и экология тепловых двигателей. - Самара, 2000. — Вып. 3. — С. 196—201

2. Беляев В.В., Лавров В.Н., Постников A.M., Церерин Н.В., Цыбизов Ю.И. Опыт создания и направления дальнейшего совершенствования малотоксичных камер сгорания ГТД и ГТУ//Вестник СГАУ. Серия: Процессы горения, теплообмена и экология тепловых двигателей. - Самара, 2002. - Вып. 4. - С. 18-22.

3. Постников A.M., Цыбизов Ю.И., Анисимов В.Н., Беляев В.В. Особенности отработки экологических характеристик и надежности камер сгорания ГТУ//Вестник СГАУ. Серия: Процессы горения, теплообмена и экология тепловых двигателей. - Самара, 2002. - Вып. 4. - С.8-12.

4. Беляев В.В. Результаты отработки камеры сгорания двигателя НК-38СТ по надежности и эмиссии.: Технический отчет СНТК № 001.13579, г.Самара, 2003г.

5. Беляев В.В. Применение параллельных вычислений для решения задач организации рабочего процесса камер сгорания ГТД И ГТУ//Вестник СГАУ. Серия: Процессы горения, теплообмена и экология тепловых двигателей. — Самара, 2004.-Вып. 5. — С.16—18.

6. Беляев В.В., Цыбизов Ю.И. Численное моделирование рабочего процесса камеры сгорания двигателя НК—38СТ//Вестник СГАУ. Серия: Процессы горения, теплообмена и экология тепловых двигателей. — Самара, 2004. - Вып. 5. - С.196-200.

7. Беляев В.В. Результаты численного моделирования рабочего процесса в камерах сгорания.: Технический отчет СНТК № 001.13633, г.Самара, 2004г.

8. Беляев В.В., Цыбизов Ю.И. Численное моделирование рабочего процесса малоэмиссионных камер сгорания ГТД и ГТУ//Научно-технический семинар по проблемам низкоэмиссионных камер сгорания газотурбинных установок, ЦИАМ-ВТИ, г.Москва, 2004г.

9. Постников A.M., Лавров В.Н., Церерин Н.В., Цыбизов Ю.И., Беляев В.В." Состояние отработки малоэмиссионных камер сгорания ГТД наземного применения семейства "НК'7/Научно-технический семинар по проблемам низкоэмиссионных камер сгорания газотурбинных установок, ЦИАМ-ВТИ, г.Москва, 2004г.

10. Беляев В.В. Разработка и исследование МКС для двигателя с высокими параметрами термодинамического цикла//Международная научно-техническая конференция "Авиадвигатели 21 века", посвященная 75-летию ЦИАМ: Сборник тезисов докладов, т.З. - Москва, ЦИАМ, 2005г. - С. 322-323.

Беляев Владимир Васильевич

ПОВЫШЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ГТУ ПУТЕМ ОРГАНИЗАЦИИ МАЛОЭМИССИОННОГО ГОРЕНИЯ В КАМЕРАХ СГОРАНИЯ ГТД

Специальность 05.07.05 Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 30.06.2006 решением диссертационного совета Д212.215.02, протокол №79 от 30.06.2006.

Формат бумаги 60x84/16 Печать оперативная. Усл. печ. л. 1,5. Тираж 100 экз. Отпечатано в ОАО "СНТК им. Н.Д.Кузнецова".

Список условных обозначений и сокращений

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ ПОДХОДОВ К

СОЗДАНИЮ МКС

1.1 Современный уровень разработок МКС

1.2 Обоснование методов исследования рабочего процесса

Глава 2 РАЗРАБОТКА СПОСОБА ОРГАНИЗАЦИИ

МАЛОЭМИССИОННОГО ГОРЕНИЯ В КАМЕРАХ

СГОРАНИЯ ГТД

2.1. Способ организации малоэмиссионного горения в камерах сгорания ГТД

2.2 МКС двигателя НК-38СТ

Глава 3 РАСЧЕТНО-ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ

ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА МКС

3.1 Математическая модель рабочего процесса МКС

3.1.1 Модель течения

3.1.2 Модель турбулентности

3.1.3 Модель горения

3.1.4 Модель образования оксидов азота

3.1.5 Метод решения системы дифференциальных уравнений

3.1.6 Выбор и обоснование схем дискретизации дифференциальных уравнений

3.1.7 Выбор и обоснование способов дискретизации расчетной области

3.2 Численное моделирование рабочего процесса

МКС НК-38СТ

3.2.1 Результаты решения тестовых задач

3.2.2 Результаты расчета базовой МКС

3.2.3 Результаты расчета исследуемой МКС

Глава 4 МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ

РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА МКС

4.1 Методика экспериментального исследования рабочего процесса МКС в составе одногорелочного отсека

4.2 Методика экспериментального исследования рабочего процесса полноразмерной МКС

4.3 Методика экспериментального исследования рабочего процесса МКС в составе двигателя

4.4 Результаты экспериментального исследования рабочего процесса МКС

В настоящее время применение газотурбинной техники для преобразования скрытой энергии органических топлив в те виды энергии, которые освоены человеком в его жизнедеятельности (эффективная тяга для приведения транспортных устройств в движение, тепло и электричество для применения в быту и в производстве, и т.п.) достигло высокой степени совершенства разработки, производства и эксплуатации.

Высокий уровень экономичности, эксплуатационной эффективности и экологической безопасности таких устройств - основные требования мирового рынка применительно к ГТД. Принято экологическую безопасность двигателей оценивать по их эмиссионным характеристикам и шуму. Эмиссионную характеристику двигателя определяет, в основном, рабочий процесс камеры сгорания. Ужесточение требований к выбросам вредных веществ и рост параметров цикла вновь создаваемых ГТД значительно усложняет задачу проектирования камер сгорания, удовлетворяющих требованиям технического задания не только по выбросам вредных веществ, но и по работоспособности и надежности. Это обуславливает необходимость предварительного прогнозирования основных характеристик камер сгорания на этапе проектирования.

Недостаточный уровень знаний особенностей рабочих процессов приводит к тому, что в случае невыполнения одного или нескольких требований технического задания, решение проблемы осуществляется в ходе исключительно трудоемкого и дорогостоящего процесса экспериментальной доводки.

Для малоэмиссионных камер сгорания (МКС) ГТД с высокими параметрами термодинамического цикла (ГТД ВПТЦ), у которых п\ >25, трудоемкость этапа экспериментальной доводки существенно возрастает изза необходимости имитации или моделирования рабочих условий, что влечет за собой усложнение и, как следствие, удорожание процедуры испытаний.

Одной из существенных проблем обеспечения экологической безопасности ГТД является значительная зависимость скорости окисления азота от рабочих параметров в камере сгорания и Р*к. Эту проблему решают, в основном, путем сжигания заранее перемешанной "бедной" топливовоздушной смеси (ТВ С).

Известна существенная зависимость температуры пламени от коэффициента избытка воздуха предварительно перемешанной ТВС атвс. Это обстоятельство позволяет выбирать для работы камеры сгорания диапазон по атвс такой, в котором возможно сжигание топлива с высокой полнотой сгорания и с незначительным образованием оксидов азота NOx. Для практического использования указанный диапазон ограничен резким снижением полноты сгорания топлива и ухудшением устойчивости горения в области аж>2. В условиях камер сгорания ТВС имеет некоторую неравномерность концентрации топлива, выраженную в том, что в потоке рабочего тела одновременно существуют "по соседству" объемы газа определенных размеров с различными значениями коэффициента избытка воздуха, что обостряет указанную проблему.

Для решения проблем устойчивости и полноты сгорания "бедных" ТВС организуют так называемое зонное горение: ТВС подают в камеру сгорания двумя или более потоками в разных сечениях жаровой трубы. Горение каждого потока ТВС происходит в "своей" зоне. Выключение одной или нескольких зон позволяет сместиться по диапазону атвс так, чтобы обеспечить устойчивость и полноту сгорания. Возможно также перераспределение топлива по зонам с той же целью.

Организация многозонного горения приводит к необходимости продолжительной отработки температурной неравномерности на выходе из жаровой трубы МКС и согласования этой характеристики со смежными узлами.

В условиях ГТД ВПТЦ особенно актуальным является исследование особенностей рабочего процесса камер сгорания, влияющих на образование вредных веществ и работоспособность системы горения, в частности, эффективности подготовки ТВС и расположения зон горения.

Цель работы: снижение выбросов вредных веществ на основе организации малоэмиссионного горения в камере сгорания конвертированного ГТД ВПТЦ.

Задачи исследований:

1. Разработать способ организации малоэмиссионного горения в камерах сгорания ГТД, позволяющий снизить выбросы вредных веществ и минимизировать объем экспериментальной отработки.

2. На основе разработанного способа получить технические решения по модернизации МКС двигателя НК-38СТ.

3. Выполнить численное и экспериментальное исследование рабочего процесса разработанной МКС с предварительным тестированием математической модели и последующим обобщением результатов.

Достоверность, обоснованность и представительность результатов работы обеспечены корректным применением в расчетно-теоретическом исследовании законов сохранения в общепризнанном виде, использованием апробированных методик проведения экспериментов, экспериментальных данных, полученных на аттестованных стендах квалифицированными специалистами.

В первой главе представлен современный уровень разработок МКС серийно выпускаемых авиапроизводных ГТД.

Во второй главе представлен разработанный автором оригинальный способ организации малоэмиссионного горения в камерах сгорания ГТД с предварительной подготовкой "бедной" ТВС. Разработана методика выбора параметров системы подготовки ТВС и конструкция горелочного устройства. На основе разработанного способа организации малоэмиссионного горения создана компактная кольцевая прямоточная МКС ГТД ВПТЦ НК-38СТ.

В третьей главе составлена математическая модель разработанной МКС, и на ее основе проведены расчеты рабочего процесса посредством численных методов с предварительным тестированием математической модели на собственных задачах и описанных в печати.

Четвертая глава содержит описание экспериментальных установок, использованных в исследовании, обоснование методик испытаний отсека и полноразмерной МКС, а также результаты экспериментов и их обобщение.

В заключении представлены основные результаты работы, отражающие научную новизну и практическую значимость.

Основные результаты диссертационной работы поэтапно докладывались на:

- Всероссийской научно-технической конференции "Процессы горения, теплообмена и экология тепловых двигателей", г.Самара, 2000г.; 2002г.; 2004г.;

- Всероссийской научно-технической конференции, посвященной памяти Н.Д.Кузнецова, г.Самара, 2003г.;

- Научно-техническом семинаре по проблемам низкоэмиссионных камер сгорания газотурбинных установок "Опыт разработки, проблемы создания и перспективы развития низкоэмиссионных камер сгорания ГТУ", г.Москва, ЦИАМ-ВШ, 2004г.;

- Международной научно-технической конференции "Двигатели XXI века", посвященной 75-летию ЦИАМ, г.Москва, 2005г.;

- НТС ОАО "СНТК им. Н.Д.Кузнецова", г.Самара, 2003г.; 2004г. и др.

Основные результаты и выводы по работе, отражающие научную новизну и практическую значимость диссертации:

1. Разработан новый способ организации малоэмиссионного горения в камерах сгорания ГТД, позволяющий значительно снизить выбросы вредных веществ, в частности, оксидов азота.

2. Предложена методика подготовки ТВС, позволяющая достичь в условиях кольцевых прямоточных МКС ГТД ВПТЦ уровня эффективности Т]ж> 0,88.

3. Предложена система стабилизация пламени "бедной" ТВС, основанная на комбинации плохообтекаемого тела, закрутки потока и газодинамической стабилизации. Дополнительная стабилизация достигнута профилированием поверхности контакта плохообтекаемого тела и ЗОТ.

4. Доказана принципиальная возможность снижения выбросов оксидов азота в конвертированных ГТД ВПТЦ при использовании компактных кольцевых однорядных МКС. Разработанный способ организации рабочих процессов МКС, реализованный в конструкции ГТД ВПТЦ НК-38СТ, позволяет получить на номинальном режиме двигателя конкурентоспособные уровни выбросов вредных веществ М?*<50мг/м3 и СО<50 мг/м3.

5. Обобщены экспериментальные и рассчитанные данные по зависимостям уровней выбросов вредных веществ от режимных параметров и неравномерности концентрации топлива в ТВС виде графиков, позволяющих выполнять режимное моделирование.

6. Установлены основные закономерности влияния отдельных режимных и конструктивных факторов на образование оксидов азота в условиях горения "бедных" предварительно подготовленных ТВС.

135

Решающим значением в этом обладает неравномерность концентрации топлива. При среднемассовой эффективности подготовки ТВС т]твс<0,8 горение приобретает диффузионный характер, и влияние давления и температуры проявляется в большей степени.

7. Установлено, что режимные и конструктивные факторы, которые снижают абсолютное значение выбросов NOx, приводят к росту относительных значений в зависимости от режимных параметров.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.П., Худяков В. А. Термодинамические и теплофизические свойства продуктов сгорания. Том I. М.: Академия наук СССР, 1971 - 267 с.

2. Альметов Ф.М., Бакиров Ф.Г., Кружков В.Н. О закономерностях образования оксидов азота в камере сгорания ГТД "RQQL" типа.//Вестник СГАУ Серия: "Процессы горения, теплообмена и экология тепловых двигателей", в. 1, Самара, 1998.

3. Апельбаум С.О., Румянцев А.Т. Исследование рабочего процесса в двухзонной камере сгорания. Техн. отчет ЦИАМ инв. 9960, М., 1983.

4. Аэродинамика закрученной струи./Под ред. Р.Б. Ахмедова. М.: Энергия, 1977-240 с.

5. Бакиров Ф.Г., Захаров В.М., Полещук И.З., Шайхутдинов З.Г. Образование и выгорание сажи при сжигании углеводородных топлив. -М.: Машиностроение, 1989 128 с.

6. Беляев В.В. Применение параллельных вычислений для решения задач организации рабочего процесса камер сгорания ГТД И ГТУ//Вестник СГАУ. Серия: Процессы горения, теплообмена и экология тепловых двигателей. Самара, 2004. - Вып. 5. - С. 16-18.

7. Беляев В.В. Результаты численного моделирования рабочего процесса в камерах сгорания.: Технический отчет СНТК № 001.13633, г.Самара, 2004г.

8. Беляев В.В., Цыбизов Ю.И. Численное моделирование рабочего процесса камеры сгорания двигателя НК-38СТ.//Вестник СГАУ. Серия: Процессы горения, теплообмена и экология тепловых двигателей. Самара, 2004. - Вып. 5. - С. 196-200.

9. И. Беляев В.В., Цыбизов Ю.И. Численное моделирование рабочего процесса малоэмиссионных камер сгорания ГТД и ГТУ. Доклад на "1-ый научно-технический семинар по проблемам низкоэмиссионных камер сгорания ГТУ" Москва, ЦИАМ, 2004 г.

10. Бурико Ю.Я., Голоцев В.Ф., Гомзякова И.И. Анализ предельно достижимых уровней эмиссии оксидов азота при "бедном" гомогенном и "богато-бедном" сжигании топлива в ГТД//Тезисы Международной научной конференции "Двигатели XXI века", М., 5-7 декабря, 2000.

11. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1963 - 708 с.

12. Варнатц Ю., Маас У., Диббл Р. Горение. Физические и химические аспекты, моделирование, эксперименты, образование загрязняющих веществ. Перевод с англ./Под ред. П.А. Власова. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003-352 с.

13. Ведешкин Г.К., Свердлов Е.Д. Методика доводки низкоэмиссионных камер сгорания ГТУ. Доклад на "1-ый научно-технический семинар по проблемам низкоэмиссионных камер сгорания ГТУ" 14-16 декабря 2004 года.

14. Влияние качества смешения топлива и воздуха на эмиссию NOx при горении бедной предварительно перемешанной и предварительно испаренной смеси. AIAA paper, 95-0729.

15. Вопросы зажигания и стабилизации пламени. Сборник статей. Перевод с англ./ Под ред. С.А. Гольденберга. М.: Издательство иностранной литературы, 1963.

16. Галиуллин Р.Г., Гонеев К.В., Подымов В.И. О вихреобразовании, как о возможной причине вибрационного горения. Материалы научно-технической конференции, Челябинск, 1968.

17. Гиршович Т.А. Турбулентные струи в поперечном потоке. М.: Машиностроение, 1993.-256с.

18. ГОСТ 28775-90 "Агрегаты газоперекачивающие с газотурбинным приводом. Общие технические условия". Госстандарт, М., 1991.

19. ГОСТ 29328-92 "Установки газотурбинные для привода турбогенераторов. Общие технические условия". Госстандарт, М., 1991.

20. Грин С., Чень С., Першинг Д., Хип М., Сикер В. Оценка эффективности метода двухступенчатого сжигания для снижения концентрации NOxвнутри топки на базе стендовых испытаний.//Энергетические машины, 1986, №3,1-000.

21. Гриценко Е.А., Данильченко В.П., Лукачев С.В., Резник В.Е., Цыбизов Ю.И. Конвертирование авиационных ГТД в газотурбинные установки наземного применения. Самара: СНЦ РАН, 2004 - 266 с.

22. Гупта А., Лилли Д., Сайред Н. Закрученные потоки. Перевод с англ./Под ред. С.Ю. Крашенинникова. М.: Мир, 1987 - 588 с.

23. Дейч М.Е., Зарянкин А.Е. Газодинамика диффузоров и выхлопных патрубков турбомашин. М.: Энергия, 1970 384 с.

24. Дубровский О.В. Исследование низкочастотных пульсаций в газотурбинных камерах сгорания.//Теплоэнергеника, №8, 1961. -С.32.37.

25. Жестков Б.А. Основы теории и расчет теплового состояния стенок камер сгорания реактивных двигателей. Уфа: УАИ им. Орджоникидзе, 1980 -95 с.

26. Зельдович Я.Б., Садовников П.Я., Франк-Каменский Д.А. Окисление азота при горении. АН СССР, М., 1947.

27. Камеры сгорания авиационных газотурбинных двигателей./Под ред. Б.П. Лебедева, Г.Н. Абрамовича, Ю.Ф. Дитякина. М.: Институт им. П.И. Баранова, 1957-238 с.

28. Карадоган, X., Рокуэлл, Д. О гашении автоколебаний турбулентной струи в полости.//Теоретические основы инженерных расчетов, 1983, т.105, №3.

29. Карапетьянц М.Х. Химическая термодинамика. М.: Государственное научно-техническое издательство химической литературы, 1953 - 612 с.

30. Карпов В.П. Горение газообразных смесей в двигателях. М.: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1951 - 120 с.

31. Кинетика и аэродинамика процессов горения топлив. Сборник статей./Под ред. Б.В. Канторовича. М.: Наука, 1969.

32. Краснов М., Чигишев Ю. Unigraphics для профессионалов. М.: Изд. "Лори", 2004-319с.

33. Кузнецов В.Р. Образование окислов азота в камерах сгорания ГТД. Труды ЦИАМ № 1086, М. 1983.

34. Кузнецов Н.Д. и др. "Кольцевая камера сгорания". А.С. № 240391, Б.И. № 10,1963.

35. Лефевр А. Процессы в камерах сгорания ГТД: Пер. с англ. М: Мир, 1986.-566с.

36. Либби П.А., Вильяме Ф.А., Меллор А.М., Фергюсон С.Р., Билджер Р.В., Брей К.Н.К., О'Брайен Е.Е. Турбулентные течения реагирующих газов. Пер. с англЛТод ред. П.Либби, Ф. Вильямса. М.: Мир, 1983 - 328 с.

37. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Дрофа, 2003 - 840 с.

38. Лукачев С.В., Горбатко А.А., Матвеев С.Г. Образование и выгорание бенз(а)пирена при сжигании углеводородных топлив. М.: Машиностроение, 1999- 153 с.

39. Мальцев В.М., Мальцев М.И., Кашпоров Л.Я. Основные характеристики горения. М.: Химия, 1977 - 320 с.

40. Мелхолланд Дж., Холл Р. Применение двухступенчатого сжигания жидкого топлива для снижения уровня выбросов NOx в блочных жаровых котлах//Энергетические машины, №1- М., 1988. С 23. .33.

41. Митрофанов В.А., Рудаков О.А., Саливон Н.Д., Саркисов А.А., Сигалов Ю.В. КАМЕРА СГОРАНИЯ С ОПТИМАЛЬНЫМ ЧИСЛОМ ФОРСУНОК. Пат. РФ RU2171432C1.

42. Михеев М.А. Основы теплопередачи. М: Государственное энергетическое издательство, 1999.- 392с.

43. Натанзон М.С. Неустойчивость горения. М.: Машиностроение, 1986. -248 с.

44. Неустойчивость горения в ЖРД. Перевод с англ./Под ред. Д.Т. Харье, Ф.Г. Рирдона.-М.: Мир, 1975 872 с.

45. Образование и разложение загрязняющих веществ в пламени. Перевод с англ./Под ред. Ю.Ф. Дитякина. М.: Машиностроение, 1981 - 407 с.

46. Ольховский Г.Г. Газотурбинные и парогазовые установки за рубежом.//Теплоэнергетика, № 1, М., 1999. - С.71. 80.

47. Ольховский Г.Г. Снижение концентрации оксидов азота в выбросах ГТУ//Теплоэнергетика, № 3, -М., 1990. С.65.71.

48. Патанкар С., Сполдинг Д. Тепло- и массообмен в пограничных слоях. Перевод с англ./Под ред. А.В. Лыкова. М.: Энергия, 1971 - 128 с.

49. Постников A.M. Снижение оксидов азота в выхлопных газах ГТУ. -Самара: СНЦ РАН, 2002 286 с.

50. Прохоров А.В., Фурлетов В.И. Экспериментальное исследование возбуждения вибрационного горения однородной смеси в модельной камере.//Физика горения и взрыва, №3, т.15, июнь 1979. С.40.47.

51. Салова Т.Ю., Громова Н.Ю., Шкрабак B.C., Курмашев Г.А. Основы экологии. Аудит и экспертиза техники и технологии. СПб.: Лань, 2004 -336 с.

52. Сполдинг Д.Б. Горение и массообмен. Перевод с англ./Под ред. В.Е. Дорошенко. -М.: Машиностроение, 1985 240 с.

53. Тумановский А.Г. Некоторые пути снижения концентраций окислов азота в камерах сгорания ГТУ//Теплоэнергетика, № 6, -М., 1973.

54. Турбулентность. Принципы и применения. Перевод с англ./Под ред. У.Фроста, Т. Моулдена. М.: Мир, 1980 - 536 с.

55. Тухбатуллин Ф.Г., Кашапов Р.С. Малотоксичные горелочные устройства газотурбинных установок. М.: Недра, 1997 - 155 с.

56. Фабер Т.Е. Гидроаэродинамика. Перевод с англ./Под ред. А.А. Павельева. М.: Постмаркет, 2001 - 560 с.

57. Фрик П.Г. Турбулентность: подходы и модели. Москва-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2003 - 292 с.

58. Фурлетов В.И., Ляшенко В.П., Ведешкин Г.К. Исследование вибрационного горения в низкоэмиссионной камере сгорания ГТУ на модели. Доклад на "1-ый научно-технический семинар по проблемам низкоэмиссионных камер сгорания ГТУ" Москва, ЦИАМ, 2004 г.

59. Чепкин В.М., Марчуков Е.Ю., Куприк В.В., Федоров С.А. Организаия горения в низкоэмисионной камере сгорания ГТУ АЛ-31СТ.//Газотурбинные технологии, сентябрь-октябрь 1999. С. 14. 17

60. Шатиль А.А. Топочные процессы и устройства (исследования и расчет). -СПб.: АООТ НПО ЦКТИ, 1997 184 с.

61. Щуровский В.А. и др. "Технические решения по реконструкции и переоснащению газотурбинных компрессорных цехов". М.: ВНИИЭГазпром, 1990.

62. Щуровский В.А. и др. Снижение выбросов загрязняющих веществ с отходящими газами газотурбинных ГПА. М.: ВНИИЭГазпром, 1991.

63. Энергетика и охрана окружающей среды./Под ред. Н.Г. Залогина, Л.И. Кроппа, Ю.М. Кострикина. М.: Энергия, 1979 - 352 с.

64. Ahmad, Т., Plee, S.L., and Myers, J.P. Computation of Nitric Oxide and Soot Emissions from Turbulent Diffusion Flames. J. of Engineering for Gas Turbines and Power, 107:48-53,1985.

65. Barnes, F.J., Bromly, J.H., Edwards, T.J. and Madngezewsky, R. NOx Emissions from Radiant Gas Burners. Journal of the Institute of Energy, 155:184-188,1988.

66. Batchelor-Wylam, C., Hicks, R.A., Wilson, C.W. THE INFLUENCE OF DUCT GEOMETRY ON RADIAL VELOCITY COMPONENT OF A FUEL INJECTOR BOUNDARY CONDITION. ISABE-2001-1151.

67. Blomeyer, M., Krautkremer, В., Haag, О., Hennecke, D. К. Secondary air mixing in a typical combustor flowfield. 14th International Symposium on Air Breathing Engines, Florence, Italy, Sept. 5-10,1999.

68. Boyd, R.K., Kent, J.H. Three-dimensional furnace computer modeling. In 21st Symp. (Int'l.) on Combustion, pages 265-274. The Combustion Institute, 1986.

69. Chepkin, V., New generation of Russian aircraft engines conversion and future goals. 14th International Symposium on Air Breathing Engines, Florence, Italy, Sept. 5-10, 1999.

70. Deur, J. M., Jonnavithula, S., Meeks, E., Rupley, F. Comparison of NOx prediction methodologies for gas turbine combustor simulations. AIAA Paper 2000-3000.

71. Di Martino, P., Cinque, G. Modelling of a lean premixed prevaporized combustor. 14th International Symposium on Air Breathing Engines, Florence, Italy, Sept. 5-10,1999.

72. Diesel & Gas Turbine Worldwide, January-February 1997, Vol.XXIX, no.l.

73. Diesel & Gas Turbine Worldwide, June 1999.

74. DLE combustion system advanced at Cooper Rolls.//Compressor TechTwo, March-April 2000.-p.3 6.

75. Drake, M.C., Correa, S.M., Pitz, R.W., Shyy, W. and Fenimore C.P. Superequilibrium and Thermal Nitric Oxide Formation in Turbulent Diffusion Flames. Combustion and Flame, 69:347-365,1987.

76. Dupont, V., Porkashanian, M., Williams, A., and Woolley, R. Reduction of NOx formation in natural gas burner flames. Fuel, 72(4):497-503, April 1993.

77. Eccles, N. C., Priddin, С. H. Accelerated combustion design using CFD. 14th International Symposium on Air Breathing Engines, Florence, Italy, Sept. 5-10, 1999.

78. Ekstedt E.E., Fear J.S. Advanced low emissions combustor program. AIAA-87-2035.

79. F. Martelli, P. Adami and E. Belardini. Numerical Investigation of Heat Transfer and Film Cooling for Gas Turbine Applications. ISABE-2001-1102.

80. Farmer R. GTX100 combined cycles net-rated 60 to 120 MW and 54% efficiency .//Gas Turbine World: May-June 1997. -p.51 .53.

81. Farmer R. Single-shaft Tempest rated at 7800 kW and 33% efficiency.//Gas Turbine World: May-June 1995. -p.30.41.

82. Feist, J.P., Heyes, A.L. Measurement of Wall Temperatures in Gas Turbine Combustors Using Thermographic Phosphors. ISABE-2001-1140.

83. Fenimore, C.P. Formation of Nitric Oxide in Premixed Hydracorbon Flames. Thirteenth Symposium on Combustion, Pittsburgh, 1971, pp 373-r380.

84. Ferzieger, J.L. and Peric, M. Computational Methods for Fluid Dynamics. Springer-Verlag, Heidelberg, 1996.

85. Fulton K. Dry low emissions design based on series vs. parallel fuel staging.// Gas Turbine World: January-February 1996. -p.26.28.

86. Gas Turbine World: March-April 1999. p. 15. 16.

87. Gas Turbine World: May-June 1995. p.35.

88. Gas Turbine World: September-Octouber 1996.

89. Heyes, A. L., Jelercic, D., Whitelaw, J. H., Gardiner, J. Experiments in small gas-turbine combustors with air assisted and airblast atomiser fuel injectors. 14th International Symposium on Air Breathing Engines, Florence, Italy, Sept. 5-10,1999.

90. Hiroyuki Ninomiya, Masayoshi Kobayashi, Yasuhiro Kinoshita, Hideo Kimura, Akashi Hyogo. The Development of LPP Low NOx Emissions Combustor Under the ESPR Programme in Japan. ISABE-2001-1180.

91. Hitoshi Shiotani, Toshimi Takagi, Tatsuyuki Okamoto, Shinichi Kinoshita, Hironobu Teraoka. Construction of Low NOx and High Stability Flames Aiming at Micro Gas Turbine Combustion. ASME paper GT-2002-30463.

92. Holmborn, J., Fuchs, L., Troger, C. Flow field and droplet trajectory simulation of an air blast swirl injector using LES. 14th International Symposium on Air Breathing Engines, Florence, Italy, Sept. 5-10,1999.

93. Hukam, C., Mongia, H. C. A SYNOPSIS OF GAS TURBINE COMBUSTOR DESIGN METHODOLOGY EVOLUTION OF LAST 25 YEARS ISABE-2001-1086.

94. Jochen, R.K. and Sattelmayer, Т., 2004, "Lean Blowout Limit and NOx-Production of a Premixed Sub-ppm NOx Burner With Periodic Flue Gas Recirculation", ASME GT2004-53410.

95. Kundu, K. P., Deur, J. M., Simplified NOx formation mechanism for CFD use. AIAA Paper 94-2905.

96. Kurosawa, K., Yoshida, S., Yamamoto, Т., Suzuki, K. Structure of Swirier Flame in Gas Turbine Combustor. ISABE-2001-1209.

97. Li, S.C. and Williams, F.A., 2000, "Reaction Mechanism for Methane Ignition", ASME paper 2000GT-145.

98. Libby, P.A. and Williams, F.A., 1992, "Turbulent Reacting Flows", Academic Press, London, San Diego, New York.

99. Liu R., McGuirk J.J. Prediction of combustion induced oscillations using pressure-correction method. ASME Paper 95-GT-336.

100. Monmont, F. B. J., Greenhalgh, D. A., Eriksson, L.-E., Ryden, R. A very large eddy simulation of a lean prevaporised premixed combustor. 14th International Symposium on Air Breathing Engines, Florence, Italy, Sept. 5-10,1999.

101. Muley, N., Lear, W. Effect of Exhaust Gas Recirculation on Thermal NOx Formation Rate in Gas Turbine Engines AIAA Paper 2003-503.

102. Ni, Ron-Ho. Advanced modeling techniques for new commercial engines. 14th International Symposium on Air Breathing Engines, Florence, Italy, Sept. 5-10, 1999.

103. Nicol, G.D., Malte, P.C., Hammer, A.J., Roby, R.J., and Steele, R.C., 1998, A Five-Step Global Methane Oxidation NO Formation Mechanism for Lean Premixed Gas Turbine Combustion. ASME paper 98GT-185.

104. NOx-Emission Requirements for Industrial Gas Turbines.//MTU Deutsche Aerospace, 1993.

105. Parente, J., Mori, G., Anisimov, V., Croce, G. Micro Gas Turbine Combustion Chamber Design and CFD Analysis. ASME paper GT2004-54247.

106. Patt, Raymond F. GE industrial aeroderivative technologies. 14th International Symposium on Air Breathing Engines, Florence, Italy, Sept. 5-10,1999.

107. Pitsch, H., Barths, H., and Peters, N. Three-Dimensional Modeling of NOx and Soot Formation in DI-Diesel Engines Using Detailed Chemistry Based on the Interactive Flamelet Approach. SAE Paper 962057,1996.

108. Pointsot Т., Bourienne F., Esposito E., Candel S., Lang W. Suppression of combustion instabilities by active control. AIAA paper 87-1876.

109. Ravikrishna, R. V., Laurendeau, Normand M. Evaluation of Nitric Oxide Kinetics for Gas Turbine Combustion. ISABE-2001-1046.

110. Reynolds, W.C. Fundamentals of turbulence for turbulence modeling and simulation. Lecture Notes for Von Karman Institute Agard Report No. 755, 1987.

111. Rizk, N., Chin, J. Modeling of NOx Formation in Diffusion Flame Combustors. AIAA Paper 2002-3713.

112. Rizk, N.K., Mongia, H. C. Low NOx rich-lean combustion concept application. AIAA PAPER 91-1962.

113. Rizk, N.K., Mongia, H. C. Three-dimensional NOx modeling for rich/lean combustor. AIAA paper 93-0251.

114. Rogero, J.M., Rubini, P. A. Optimization of Combustor Wall Heat Transfer and Pollutant Emissions for Preliminary Design Using Evolutionary Techniques. ISABE-2001-1122.

115. Shiba, S., Nakaya, S., Tsue, M., Kono, M. Experimental and Numerical Simulations of Photochemical Reactions in the Ozone Layer with NOx Emission. ISABE-2001-1047.

116. Sieros, G., Papailiou, K. D. Use of CFD for the Design of Small Turbomachinery. ISABE-2001-1218.

117. Snyder T.S., Rosfjord T.J., McVey J.B., Hu A.S., Schlein B.C. Emission and performance of lean-premixed gas fuel injection system for aeroderivative gas turbine engines. ASME paper 94-GT-234.

118. Spalding, D. B. Mixing and chemical reaction in steady confined turbulent flames.In 13th Symp. (Int'l.) on Combustion. The Combustion Institute, 1970.

119. Stein, В., Ruck, Т., Lloyd, J., Jansohn, P., Dobbeling, K., Sattelmayer, T. ABB's advanced EV burner a dual fuel dry NOx burner for stationary gas turbines. - ASME paper 98-GT-519.

120. Talamelli, A., Burattini, P., Tanzini, G. Experimental investigation on a swirled flow at the exit of a combustor swirler nozzle. 14th International Symposium on Air Breathing Engines, Florence, Italy, Sept. 5-10,1999

121. Tends in low NOx combustion design and operating experience.// Gas Turbine World: March-April 1990. p.l 2. 15.

122. Toh, Hidemi, Hosoi, Jun, Nakakita, Tomofumi, Development of a low-NOx combustor. AIAA Paper 94-2900.

123. Volvo Aero, 1994, vol.1, no.l.

124. Von Der Bank, R. and Schilling, T. Development of an Ultra-Low NOx LP(P) Burner. ASME paper GT2004-53341.134. www.berkeley.edu/gri-mech135. www.ca.sandia.gov/HiTempThermo136. www.fluent.com137. www.webbook.nist.gov/chemistry