Главная – Журналы – Поиск по журналам

Образование оксидов азота при горении угля или биотоплива из связанного с топливом азота остается важной экологической проблемой. В качестве простейшей модельной системы для описания горения угля можно использовать молекулу пиридина, которая, с одной стороны, имеет ароматическую структуру, а с другой - содержит в своем составе атом азота. Данная работа посвящена теоретическому изучению путей реакции взаимодействия пара-пиридила с молекулярным кислородом. Была построена поверхность потенциальной энергии взаимодействия пара-пиридила с молекулярным кислородом. Радикал пара-пиридил безбарьерно присоединяет молекулу кислорода с образованием радикала PyOO, далее реакция может пойти по трем путям, приводя к четырем возможным продуктам: 3H-пиррол, HCO + HCN, 1λ²-пиррол и 1λ³,4-оксазин.

Проведено экспериментальное исследование бедных и сверхбедных режимов горения многокомпонентного водородсодержащего топлива в закрученном течении в условиях аэродинамического противотока. В качестве объекта исследования выбран противоточный горелочный модуль, позволяющий организовать диффузионно-кинетическое горение смеси метана и многокомпонентного водородсодержащего газа в различных концентрационных соотношениях. Экспериментально установлено, что добавка многокомпонентного топлива к метану позволяет расширить диапазон устойчивого горения бедных смесей и обеспечивает сокращение эмиссии загрязняющих компонентов в продуктах сгорания. Эти результаты могут быть использованы для повышения эффективности, безопасности и увеличения срока службы камер сгорания газотурбинных двигателей и энергетических установок.

Рассматривается дозвуковое турбулентное горение предварительно перемешанной метановоздушной смеси в модельном канале с обратным уступом (P. Magre и др., ONERA, 1975-1989). В экспериментах воспроизведены базовые физические механизмы, характерные для процессов горения в газотурбинных установках. Дан краткий обзор предыдущих работ по численному моделированию этих экспериментов. Описаны новые результаты численного исследования режима стабилизированного горения в данной установке. Проведено сравнение нескольких подходов к описанию турбулентного горения из класса PaSR (partially stirred reactor - модели реактора частичного перемешивания) с квазиламинарным подходом. Представлена модель переменных турбулентных чисел Прандтля и Шмидта, и рассмотрено ее влияние на воспроизведение данного течения в расчете.

Реализована методика моделирования турбулентного горения на примере диффузионного факела пропана. Проведены генерация и последующая проверка достаточности размеров элементов сетки на предмет их соответствия критериям масштаба турбулентности, необходимого для моделирования методом LES. Приведены результаты численного моделирования распределения температуры при горении диффузионного факела пропана с использованием подходов RANS и LES в трехмерной постановке, выполнена валидация расчетной модели по основным и промежуточным продуктам сгорания. Данные LES-расчета по распределению температуры в зоне горения намного лучше согласуются с экспериментальными данными по сравнению с аналогичными результатами RANS-расчета, а валидация модели на основе LES-подхода подтверждена посредством анализа расчетных и экспериментальных данных по основным и промежуточным продуктам сгорания. Осредненные расчетные параметры турбулентного горения диффузионного факела пропана могут быть использованы для определения методом кинетического моделирования с детальной химической кинетикой наиболее сложных продуктов неполного сгорания топлива, например полициклических ароматических углеводородов.

Представлен обзор литературы по теме образования сажи при сжигании топлив из биокомпонентов. В обзоре содержатся краткие сведения о механизмах образования сажи, этапах ее образования и факторах, влияющих на этот процесс. Проведен анализ представителей различных групп оксигенированных биотоплив с точки зрения их влияния на уровень сажеобразования. Приведены общепринятые характеристики уровня выбросов сажи для углеводородных топлив, представлены их преимущества и недостатки.

Разработан экономичный метод расчета самовозбуждения колебаний газа в малоэмиссионных камерах сгорания газотурбинных установок. Метод основан на использовании модели турбулентности SST SAS и модели турбулентного горения с модифицированным уравнением для переменной степени завершенности горения. В источниковый член этого уравнения введен множитель, связанный с колебаниями давления газа. Склонность камеры сгорания к возбуждению колебаний газа оценивается двумя параметрами: показателем степени данного множителя (показателя взаимодействия) и логарифмическим декрементом затухания колебаний. При решении задачи на самовозбуждение колебаний в случае задания однородной метановоздушной смеси на входе в камеру сгорания появилась первая радиальная мода колебаний с частотой 2 700 Гц. В случае раздельной подачи воздуха и топлива в камеру сгорания возбудилась первая продольная мода колебаний с частотой 300 Гц. Применение резонансных поглотителей (антивибрационных экранов небольшого размера) позволило полностью подавить радиальные колебания.

Проведен анализ тенденций развития камер сгорания энергетических газотурбинных установок большой и средней мощности передовых производителей, идущих по пути существенного повышения КПД установок, увеличения топливной гибкости при сохранении экологических требований. Продемонстрирован опыт создания малоэмиссионных камер сгорания (МЭКС) во Всероссийском теплотехническом институте. Приведены результаты испытаний МЭКС ГТ-16П в одногорелочном отсеке при полных параметрах. Показана ее доработка до двузонной, что позволило существенно расширить границы устойчивого малоэмиссионного горения в широком диапазоне температур наружного воздуха. При допустимых значениях NO_x удалось достичь температуру газов на выходе из камеры сгорания 1700 °C. Проанализированы конструкции горелочных устройств МЭКС газотурбинных установок, позволяющие избежать основных проблем, возникающих при сжигании топлива с большим содержанием водорода, а именно: проскока пламени в зону предварительного перемешивания, высоких потерь давления на горелках и неустойчивости процесса горения. Показано, что данные конструкции не содержат лопаточного завихрителя и выраженной зоны предварительного перемешивания.

Проведено расчетно-экспериментальное исследование образования NO_x при горении водорода в цилиндрической камере сгорания с разработанным микрофакельным горелочным устройством. Экспериментальные данные получены при различном распределении топлива между основным и пилотным контурами горелочного устройства. Численное исследование процессов горения и образования NO_x в камере сгорания выполнено для режимов, соответствующих экспериментальным. Расчеты проводились в стационарной постановке с использованием подхода к моделированию турбулентности RANS. При моделировании горения водорода учитывалась скорость смешения топлива с воздухом с помощью критерия подобия, связанного с диффузией (турбулентное число Шмидта). Нормальная скорость распространения пламени задавалась в зависимости от температуры и состава топливовоздушной смеси. Исследовано влияние турбулентного числа Шмидта на результаты расчета эмиссии оксидов азота.

Проведено расчетно-экспериментальное исследование границ проскока пламени при горении предварительно подготовленного метановодородного топлива в вихревом горелочном устройстве с закруткой потока, а также в модельной камере сгорания, являющейся прототипом используемых малоэмиссионных камер сгорания с предварительной подготовкой смеси. В результате проведенных исследований выработаны рекомендации, применение которых позволяет определить проскок пламени с погрешностью, не превышающей ±5 %. Эти результаты могут быть использованы для повышения точности определения границ проскока пламени при горении метановодородного топлива на этапе предварительного проектирования камер сгорания авиационных газотурбинных двигателей и энергетических установок.

Приведены результаты применения разработанной многоканальной панорамной системы визуализации потока с горением в модельном канале на экспериментальном стенде. Основной акцент сделан на принципах работы компонентов системы визуализации, особенностях их выбора, требованиях к системе и параметрам ее компонентов. Отмечены достоинства и недостатки разработанной многоканальной системы визуализации. Представлены возможные способы модернизации ее компонентов с целью более точного описания процессов горения.