Отправить статью по E-mail 
Расчёт характеристик течения жидкого топлива при его подаче через центробежные форсунки малоразмерных газотурбинных двигателей
- Авторы: Гураков Н.И.1, Зубрилин И.А.1, Эрнандэс Моралес М.1, Якушкин Д.В.1, Диденко А.А.1, Матвеев С.Г.1, Комисар Ю.В.1
-
Учреждения:
- Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва
- Выпуск: Том 20, № 2 (2021)
- Страницы: 19-35
- Раздел: АВИАЦИОННАЯ И РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКАЯ ТЕХНИКА
- URL: https://journals.ssau.ru/vestnik/article/view/8927
- DOI: https://doi.org/10.18287/2541-7533-2021-20-2-19-35
- ID: 8927
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Приведены результаты исследования характеристик течения жидкого топлива в центробежных форсунках малоразмерных газотурбинных двигателей (ГТД) с диаметрами сопла 0,4–0,6 мм при различных режимных и конструктивных параметрах. Исследование проводилось с помощью экспериментальных методов, полуэмпирических выражений и методов вычислительной гидрогазодинамики CFD. При использовании CFD для моделирования многофазного потока применялся подход Эйлера – метод объёма жидкости (VOF). Получено хорошее согласование экспериментальных и расчётных данных по коэффициенту расхода топлива и углу первичного конуса распыла на выходе из форсунки. Дополнительно приведена оценка применимости полуэмпирических методик для исследуемых вариантов форсунок. В дальнейшем исследуемые характеристики течения (коэффициент расхода форсунки, толщина топливной плёнки и угол первичного конуса распыла) могут быть использованы для определения среднего диаметра капель, необходимого для полного определения граничных условий впрыска топлива при моделировании процессов горения в камерах сгорания малоразмерных ГТД.
Об авторах
Н. И. Гураков
Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва
Автор, ответственный за переписку.
Email: nikgurakov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-4217-0879
аспирант кафедры теплотехники и тепловых двигателей
РоссияИ. А. Зубрилин
Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва
Email: zubrilin.ia@ssau.ru
ORCID iD: 0000-0001-5876-8571
кандидат технических наук, доцент кафедры теплотехники и тепловых двигателей
РоссияМ. Эрнандэс Моралес
Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва
Email: mariohernandezmo_4_2@hotmail.com
ORCID iD: 0000-0002-0592-0530
аспирант кафедры теплотехники и тепловых двигателей
РоссияД. В. Якушкин
Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва
Email: yakushkindv@gmail.com
студент
РоссияА. А. Диденко
Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва
Email: aanm_didenko@rambler.ru
кандидат технических наук, доцент кафедры теплотехники и тепловых двигателей
РоссияС. Г. Матвеев
Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва
Email: msg@ssau.ru
кандидат технических наук, профессор кафедры теплотехники и тепловых двигателей
РоссияЮ. В. Комисар
Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва
Email: komisar.yuv@ssau.ru
инженер-конструктор научно-образовательного центра газодинамических исследований
РоссияСписок литературы
- Lefebvre A.H. Atomization and Sprays. New York: Hemisphere, 1989. 434 p.
- Ланский А.М., Лукачёв С.В., Матвеев С.Г. Рабочий процесс камер сгорания малоразмерных ГТД. Самара: СНЦ РАН, 2009. 334 с.
- Rink K.K., Lefebvre A.H. The influences of fuel composition and spray characteristics on nitric oxide formation // Combustion Science and Technology. 1989. V. 68, Iss. 1-3. P. 1-14. doi: 10.1080/00102208908924066
- Диденко А.А. Исследование качества распыливания топлива и его влияния на характеристики камер сгорания малоразмерных ГТД. Дис. … канд. техн. наук. Самара, 1996. 267 с.
- Дитякин Ю.Ф., Клячко Л.А., Новиков Б.В., Ягодкин В.И. Распыливание жидкостей. М.: Машиностроение, 1977. 207 с.
- Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй. М.: Наука, 1984. 716 с.
- Xiao W., Huang Y. Improved semiempirical correlation to predict sauter mean diameter for pressure-swirl atomizers // Journal of Propulsion and Power. 2014. V. 30, Iss. 6. P. 1628-1635. doi: 10.2514/1.B35238
- Bade K.M., Kalata W., Schick R.J. Experimental and computational study of a spray at multiple injection angles // Proceedings of the 22nd Annual Conference on Liquid Atomization and Spray Systems (May, 2010, Cincinnati, Ohio)
- Inoue C., Shimizu A., Watanabe T., Himeno T., Uzawa S. Numerical and experimental investigation on spray flux distribution produced by liquid sheet atomization // Proceedings of the ASME Turbo Expo 2015: Turbine Technical Conference and Exposition (June, 15-19, 2015, Montreal, Canada). V. 4B. doi: 10.1115/GT2015-43364
- Kazimardanov M., Zagitov R. Numerical simulation of kerosene atomization in injector of a gas turbine engine // AIP Conference Proceedings. 2019. V. 2125. doi: 10.1063/1.5117432
- Куценко Ю.Г. Методы расчёта и анализа для моделирования процесса распыла жидкого топлива // Материалы X Международной научно-технической конференции «Процессы горения, теплообмена и экология тепловых двигателей» (27-28 сентября 2017 г., Самара, Россия). Самара: Самарский университет, 2017. С. 32-33.
- Verma N., ManojKumar K., Ghosh A. Characteristics of aerosol produced by an internal-mix nozzle and its influence on force, residual stress and surface finish in SQCL grinding // Journal of Materials Processing Technology. 2017. V. 240. P. 223-232. doi: 10.1016/j.jmatprotec.2016.09.014
- Строкач Е.А., Боровик И.Н. Численное моделирование процесса распыливания керосина центробежной форсункой // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2016. № 3 (108). С. 37-54. doi: 10.18698/0236-3941-2016-3-37-54
- Юн А.А., Крылов Б.А. Расчёт и моделирование турбулентных течений с теплообменом, смешением, химическими реакциями и двухфазных течений в программном комплексе Fastest-3D. М.: МАИ, 2007. 116 с.
- Hirt C.W., Nichols B.D. Volume of fluid (VOF) method for the dynamics of free boundaries // Journal of Computational Physics. 1981. V. 39, Iss. 1. P. 201-225. doi: 10.1016/0021-9991(81)90145-5
- Храбрый А.И., Зайцев Д.К., Смирнов Е.М. Численное моделирование течений со свободной поверхностью на основе метода VOF // Труды ЦНИИ имени акад. А.Н. Крылова. 2013. № 78 (362). С. 53-64.
- Раушенбах Б.В., Белый С.А., Беспалов И.В., Бородачев В.Я., Волынский М.С., Прудников А.Г. Физические основы рабочего процесса в камерах сгорания воздушно-реактивных двигателей. М.: Машиностроение, 1964. 526 с.
- Gurakov N.I., Zubrilin I.A., Abrashkin V.Y., Hernandez Morales M., Yakushkin D.V., Yastrebov V.V., Kolomzarov O.V., Idrisov D.V. Validation of the VOF method for liquid spray process simulation from a pressure-swirl atomizer // AIP Conference Proceedings. 2020. V. 2304. doi: 10.1063/5.0033854
- Halder M.R., Dash S.K., Som S.K. Initiation of air core in a simplex nozzle and the effects of operating and geometrical parameters on its shape and size // Experimental Thermal and Fluid Science. 2002. V. 26, Iss. 8. P. 871-878. doi: 10.1016/s0894-1777(02)00153-x
- Rizk N.K., Lefebvre A.H. The influence of liquid film thickness on airblast atomization // Journal of Engineering for Power. 1980. V. 102, Iss. 3. P. 706-710. doi: 10.1115/1.3230329
Дополнительные файлы
