Введение к работе
Актуальность работы.
Изучение закрученных течений, несмотря на многочисленные исследования в этой области, до сих пор остается актуальным Это связано в основном с трудностями в изучении таких течений, как в аналитической (нет общепризнанной физико-математической модели), так и в экспериментальной области
Закрутка потока нашла широкое применение в самых разнообразных технических устройствах тсплообменных аппаратах, горелочных устройствах, вихревых трубах Раика-Хилша, форсунках, плазмотронах Ее используют для интенсификации тепло- и массообменных процессов, улучшения смесеподго-товки, повышения интенсивности горения, стабилизации фронта пламени и многих других процессах
Основными характеристиками, которые нужно обеспечить при разработке перспективных камер сгорания, как основных, так и форсажных, являются надежный запуск, организация устойчивого горения и достижение высокой полноты сгорания Условия сжигания топлива в камерах подобны, поэтому в них однотипны и способы организации рабочего процесса т е методы и устройства для смесеобразования, стабилизации зоны горения в объеме камеры, обеспечения выгорания топлива на приемлемой длине и т д
Для обеспечения надежного запуска и работы форсажной камеры при различных режимах полета может быть использовано вихревое горелочное устройство (ВГУ), реализующее эффект Ранка-Хилша с генерацией локальных зон повышенной температуры Эффективность сжигания жидкого топлива в таком устройстве определяется интенсивностью рециркуляции течения, характеристиками распыла и испарения жидкого топлива, его взаимодействием с газовой фазой и процессами тепловыделения. Моделирование этих процессов представляет собой достаточно сложную задачу, так как для их описания необходимы эффективные численные методы расчета с адекватными моделями турбулентности
Сокращение сроков и стоимости доводки камеры напрямую зависит от адекватности физических и математических моделей, применяемых при проектировании, а также от надежности и информативности измерений и методов, используемых при испытаниях
Успешный запуск ВГУ определяется аэродинамическими процессами, происходящими в тракте, и качеством процессов смесеобразования Сложность протекающих процессов, неравномерность полей скорости, температуры, давления делает аналитическое прогнозирование несколько условным Поэтому возникает задача разработать более точные методики, позволяющие обеспечить надежную работу как самого вихревого устройства, так и запускаемой камеры сгорания
Цель диссертационной работы.
Разработать теплофизические основы расчета рабочего процесса проти-воточных вихревых горелок с анализом смесеподготовки и оптимизацией режимных и конструктивных параметров по величине температурной стратификации в локальных областях вихревой камеры
Научная новизна работы заключается в том, что
разработана математическая модель для расчета полей газодинамических параметров в закрученном потоке, позволяющая
оценить работу ВГУ при различных режимных параметрах на входе,
выявить их влияние на местонахождение и величину локальных зон повышенной температуры,
оценить характерне гики процесса смесеобразования,
улучшить характеристики распыла в закрученном потоке Достоверность и обоснованность достигается
корректным применением основных термогазодинамических законов,
постановкой экспериментов на оборудовании, прошедшем метрологическую аттестацию с применением апробированных методик обработки опытных данных и подтверждается
совпадением расчетных и экспериментальных параметров течения в вихревой противоточнои трубе,
совпадением расчетных и экспериментальных зависимостей дисперсности распыла и полей полной температуры
Практическая ценность работы.
Разработаны модели расчета процессов, происходящих при запуске ВГУ, позволяющие на этапе проектирования определиться с аэродинамической картиной течения, качеством распыла, местонахождением локальных зон повышенной температуры, зон вторичного вихреобразования Даны практические рекомендации для проведения аналогичных расчетов
Личный вклад автора заключается
в анализе современного состояния проблемы исследования закрученных течений в различных технологических устройствах,
в создании экспериментального стенда для исследования температурных полей в тракте ВГУ, в проведении опытов по определению дисперсности распыла, температуры самовоспламенения топливовоздушной смеси,
в проведении расчетных и экспериментальных исследований, обработке и анализе опытных данных;
- в разработке математической модели процесса смесеобразования.
На защиту выносятся следующие основные положения
1 Математическая модель, позволяющая рассчитать газодинамические параметры по объему горелочного устройства
-
Математическая модель процесса смесеобразования в вихревой камере горелочного устройства
-
Результаты расчетных и экспериментальных исследований совместного влияния режимных и геометрических факторов на величину эффектов подогрева
Апробация работы
Основные результаты выполненных исследований докладывались и обсуждались на следующих конференциях
IV Всероссийская научно-техническая конференция «Теплофизика процессов горения и охрана окружающей среды», Рыбинск, 1999 г ,
X Всероссийская научно-техническая конференция «Теплофизика технологических процессов», Рыбинск, 2000 г,
XIII школа-семинар п/р ак Леонтьева А И «Физические основы экспериментального и теоретического моделирования процессов газодинамики и теплообмена», Санкт-Петербург, 2001 г (присужден диплом II степени),
Всероссийская конференция «Закрутка потока для повышения эффективности теплообменников», ИВТ РАН, Москва, 2002 г ,
- Всероссийская научно-техническая конференция «Процессы горения,
теплообмена и экология тепловых двигателей», Самара, 2002 г,
- XIV школа-семинар п/р ак Леонтьева А И «Проблемы газодинамики и
тепломассообмена в энергетических установках», Рыбинск, 2003 г ,
- VI Всероссийская научно-техническая конференция «Теплофизика процессов горения и охрана окружающей среды», Рыбинск, 2004 г,
- XX юбилейный международный семинар по струйным, отрывным и не
стационарным течениям, Санкт-Петербург, 2004 г
Публикации.
По материалам диссертации опубликовано 16 работ, из них 3 статьи в изданиях, утвержденных ВАК, 2 доклада в трудах конференций
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка используемых источников Работа изложена на 127 страницах машинописного текста, включая 1 таблицу, 61 рисунок Список используемых источников включает 97 наименований
