Разработка компонентного состава суррогата авиационного керосина для моделирования рабочего процесса камеры сгорания газотурбинного двигателя

С. Г. Матвеев

Аннотация


Сформулированы критерии, определяющие состав и физико-химические свойства авиационных керосинов. Проведена систематизация и классификация данных по физико-химическим свойствам известных суррогатов керосина. Определены основные классы индивидуальных химических компонентов авиационного керосина и исследованы основные представители этих классов, которые использованы при составлении суррогатов. Предложены четырёхкомпонентный и шестикомпонентный суррогаты керосина. Проведена валидация физических свойств разработанных суррогатов по расходной характеристике и углу распыла факела топливной центробежной форсунки. Определена зависимость нормальной скорости распространения пламени от состава смеси при горении разработанных суррогатов керосина. Сопоставлены результаты определения состава продуктов сгорания при сжигании авиационного керосина марки ТС-1 и его суррогатов в модельной камере сгорания.


Ключ. слова


Газотурбинный двигатель; камера сгорания; суррогат керосина; горение; экологические характеристики; моделирование

Полный текст:

PDF

Список литературы

1. ГОСТ 10227-2013. Топлива для реактивных двигателей. Технические условия. М.: Стандартинформ, 2014. 18 с.

2. Edwards T., Maurice L.Q. Surrogate mixtures to represent complex aviation and rocket fuels // Journal of Propulsion and Power. 2001. V. 17, Iss. 2. P. 461-466. DOI: 10.2514/2.5765

3. Violi A., Yan S., Eddings E.G., Sarofim A.F., Granata S., Faravelli T., Ranzi E. Experimental formulation and kinetic model for JP-8 surrogate mixtures // Combustion Science and Technology. 2002. V. 174, Iss. 11-12 P. 399-417. DOI: 10.1080/00102200215080

4. Dagaut P., Bakali A.E., Ristori A. The combustion of kerosene: Experimental results and kinetic modelling using 1- to 3-component surrogate model fuels // Fuel. 2006. V. 85, Iss. 7-8. P. 944-956. DOI: 10.1016/j.fuel.2005.10.008

5. Старик А.М., Титова Н.С., Торохов С.А. Кинетика окисления и горения сложных углеводородных топлив: авиационный керосин // Физика горения и взрыва. 2013. T. 49, № 4. С. 12-30. DOI: 10.1134/S0010508213040023

6. Alekseev V.A., Soloviova-Sokolova J.V., Matveev S.S., Chechet I.V., Matveev S.G., Konnov A.A. Laminar burning velocities of n-decane and binary kerosene surrogate mixture // Fuel. 2017. V. 187. P. 429-434. DOI: 10.1016/j.fuel.2016.09.085

7. Honnet S., Seshadri K., Niemann U., Peters N. A surrogate fuel for kerosene // Proceedings of the Combustion Institute. 2009. V. 32, Iss. 1. P. 485-492. DOI: 10.1016/j.proci.2008.06.218

8. Wang Q.-D., Fang Y.-M., Wang F., Li X.-Y. Systematic analysis and reduction of combustion mechanisms for ignition of multi-component kerosene surrogate // Proceedings of the Combustion Institute. 2013. V. 34, Iss. 1. P. 187-195. DOI: 10.1016/j.proci.2012.06.011

9. Wang H., Dames E., Sirjean B., Sheen D.A., Tango R., Violi A., Lai J.Y.W., Egolfopoulos F.N., Davidson D.F., Hanson R.K., Bowman C.T., Law C. K., Tsang W., Cernansky N.P., Miller D.L., Lindstedt R.P. A high-temperature chemical kinetic model of n-alkane (up to n-dodecane), cyclohexane, and methyl-, ethyl-, n-propyl and n-butyl-cyclohexane oxidation at high temperatures, JetSurF version 2.0. http://web.stanford.edu/group/haiwanglab/JetSurF/JetSurF2.0/index.html

10. Primary Reference Fuels (PRF) + PAH + Real Fuels + Methyl-Esters (Version 1412, December 2014). http://creckmodeling.chem.polimi.it/menu-kinetics/menu-kinetics-detailed-mechanisms/menu-kinetics-prf-pah-real-fuels-methyl-esters-mechanism

11. Ansys Inc. http://www.ansys.com/

12. Rui X., Kun W., Banerje S., Jiankun Sh., Parise T., Yangye Z., Shengkai W., Movaghar A., Dong Joon L., Ruhua Z., Xu H., Yang G., Tianfeng L., Brezinsky K., Egolfopoulos F.N., Davidson D.F., Hanson R.K., Bowman C.T., Hai W. A physics-based approach to modeling real-fuel combustion chemistry – II. Reaction kinetic models of jet and rocket fuels // Combustion and Flame. 2018. V. 193. P. 520-537. DOI: 10.1016/j.combustflame.2018.03.021

13. Colket M., Edwards T., Williams S., Cernansky N.P., Miller D.L., Egolfopoulos F., Lindstedt P., Seshadri K., Dryer F.L., Law C.K., Friend D., Lenhert D.B., Pitsch H., Sarofim A., Smooke M., Tsang, W. Development of an experimental database and kinetic models for surrogate jet fuels // 45th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit. DOI: 10.2514/6.2007-770

14. Dagaut P., Cathonnet M. The ignition, oxidation, and combustion of kerosene: A review of experimental and kinetic modeling // Progress in Energy and Combustion Science. 2006. V. 32, Iss. 1. P. 48-92. DOI: 10.1016/j.pecs.2005.10.003

15. Dean A.J., Penyazkov O.G., Sevruk K.L., Varatharajan B. Autoignition of surrogate fuels at elevated temperatures and pressures // Proceedings of the Combustion Institute. 2007. V. 31, Iss. 2. P. 2481-2488. DOI: 10.1016/j.proci.2006.07.162

16. Humer S., Frassoldati A., Granata S., Faravelli T., Ranzi E., Seiser R., Seshadri K. Experimental and kinetic modeling study of combustion of JP-8, its surrogates and reference components in laminar nonpremixed flows // Proceedings of the Combustion Institute. 2007. V. 31, Iss 1. Р. 393-400. DOI: 10.1016/j.proci.2006.08.008

17. Lindstedt R.P., Maurice L.Q. Detailed chemical-kinetic model for aviation fuels // Journal of Propulsion and Power. 2000. V. 16, Iss. 2. P. 187-195. DOI: 10.2514/2.5582

18. Slavinskaya N.A., Zizin A., Aigner M. On model design of a surrogate fuel formulation // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. 2010. V. 132, Iss. 11. DOI: 10.1115/1.4000593

19. Strelkova M.I., Kirillov I.A., Potapkin B.V., Safonov A.A., Sukhanov L.P., Umanskiy S.Ya., Deminsky M.A., Dean A.J., Varatharajan B., Tentner A.M. Detailed and reduced mechanisms of jet a combustion at high temperatures // Combustion Science and Technology. 2008. V. 180, Iss. 10-11. P. 1788-1802. DOI: 10.1080/00102200802258379

20. Shafer L., Striebich R., Gomach J., Edwards T. Chemical class composition of commercial jet fuels and other specialty kerosene fuels // 14th AIAA/AHI Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies Conference (Canberra, Australia, November 6-9, 2006). DOI: 10.2514/6.2006-7972

21. Ланский А.М., Лукачев С.В., Матвеев С.Г., Коломзаров О.В., Матвеев С.С. Рабочий процесс камер сгорания малоразмерных ГТД. Самара: СамНЦ РАН, 2016. 260 с.

22. Чечет И.В. Методика определения эмиссии канцерогенных ароматических углеводородов камерами сгорания газотурбинных двигателей и установок. Дис. … канд. техн. наук. Самара, 2018. 149 с.


DOI: http://dx.doi.org/10.18287/2541-7533-2018-17-4-78-87

Ссылки

  • Ссылки не определены.


 

Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 International License.

 

ISSN: 2541-7533