Удосконалення конструкції отворів повітряного охолодження камери згоряння авіаційного двигуна для зменшення викидів і контролю рівномірності температури

Анотація

Поточне дослідження є комплексним числовим аналізом, що стосується рівномірності температури та прогнозування викидів NO_x і CO в жаровій трубі кільцевої камери згоряння авіаційного двигуна шляхом геометричних модифікацій, зокрема зміни конструкції первинного охолоджувального повітря, включаючи отвори для ефузійного охолодження. Було досліджено п’ять геометричних конфігурацій із використанням моделювання CFD в ANSYS CFX. Прийнята модель горіння поєднувала хімію з кінцевою швидкістю реакції та модель вихрової дисипації (FRC/EDM). Крім того, моделювалося згоряння рідкого гасу (C12H23) з повітрям після випаровування паливних крапель. Моделювання розпилення використовувало розподіл розмірів крапель Розіна-Раммлера для точного відображення процесу розпилення палива. Було розглянуто як термічні, так і миттєві механізми утворення NO_x, тоді як для турбулентності використовувалася модель k-ε. Кільцева камера згоряння реалістичних розмірів із подвійним радіальним завихрювачем повітря була змодельована в 3D CAD для проведення цього дослідження з хорошими, надійними результатами. Контурні графіки розподілу температури та концентрації NO_x аналізувалися вздовж осі від центру інжектора. Діаграми рівномірності температури та концентрацій NO_x і CO на виході з камери згоряння слугували показниками продуктивності. Моделювання було реалізовано за допомогою двоетапної схеми хімічної кінетики для згоряння гасу та моделі випромінювання P1, яка забезпечила точне прогнозування теплового випромінювання. Однією з основних цілей цього дослідження було порівняння результатів CFD на виході з камери згоряння з газодинамічними та термодинамічними розрахунками, виконаними за допомогою програмного забезпечення AxStream на кафедрі конструкції авіаційних двигунів Харківського авіаційного інституту. Важливо зазначити, що середнє відхилення результатів газодинаміки, отриманих із результатів моделювання AxStream і CFD, було незначним, що підтвердило правильність підходу CFD. Результати свідчать про те, що перепроєктування жарової труби камери згоряння, зокрема конструкцій, пов’язаних із первинними та ефузійними охолоджувальними отворами, значно скоротило викиди NO_x і CO. Крім того, ці конструктивні зміни допомогли знизити або покращити рівномірність температури на виході з камери згоряння, що підвищило ефективність і продуктивність згоряння.