Том 12, № 3-1 (2013): Специальный выпуск

Традиционно в процессах термодинамических и тепловых расчётов применяют массовые (кг или моли) или объёмные доли веществ и продуктов горения или других химических реакций. В процессе расчётов выявляются значительные различия свойств рассматриваемых веществ по теплотворности, потребным количествам воздуха для полного сгорания топлива. Затруднена возможность обобщённого рассмотрения свойств продуктов сгорания различных веществ как рабочих тел цикла и теплоносителей в теплообменных аппаратах. В то же время в паротурбостроении широко внедрены расчёты горения, проектирования газогенераторов с использованием понятия приведённых харакеристик горючего. Проведён анализ возможности применения возможностей этих понятий для расчёта циклов тепловых машин.

Предложено использование вихревых ветроэнергетических установок для выработки электроэнергии на компрессорных станциях магистральных газопроводов. Спроектирована трёхмерная модель и выполнен численный расчёт статорной части ветроэнергетической установки на различных режимах работы. Получены распределения параметров потока в расчётной области. Выявлена зависимость величин параметров в области расчёта от скорости ветра вокруг установки.

Приводится полуэмпирическая методика расчёта вихревых ветроэнергетических установок. Методика составлена с учётом теории вихревого эффекта Ранка, а также положений гипотезы взаимодействия вихрей в закрученных газовых потоках.

Приведены материалы по обеспечению теплового состояния статора ГТД наземного применения. Проанализированы факторы, которые влияют на температуру корпусных колец соплового аппарата турбины и опор. Показано, что существенное влияние на температуру статора оказывает эффективность охлаждения как с внешней стороны корпусных деталей, так и со стороны горячих газов.

Показана необходимость согласования совместной работы компрессора и камеры сгорания при проектировании газогенератора с целью обеспечения работоспособности турбины и дана формула для расчёта значения приведённой скорости потока на выходе из компрессора как параметра согласования, обеспечение которого исключает нестабильность поля температуры газа на выходе из камеры сгорания и, соответственно, предотвращает повреждение лопаток турбины.

Представлены результаты испытаний баллона с криогенной заправкой (жидкий азот), которые были проведены на уровне давления до 4 MПa. Показано, что поведение параметров время и давление в резервуаре соответствуют модели, принятой в расчетной программе.

На основе контактной модели представлены результаты исследования механизма стабилизации пламени в потоке алюминиево-воздушной смеси.

Рассмотрены вопросы образования вихревых жгутов, повышения эффективности работы каталитического нейтрализатора. Спроектирована новая конструкция каталитического блока. Выполнены гидродинамические расчёты и экспериментальные исследования микровихревых потоков в каналах катализатора. Обозначены цели и задачи дальнейшей работы.

Рассмотрены вопросы создания корреляционно-регрессионной модели для оценки радиальной неравномерности поля температуры газа (ПТГ) на выходе из камер сгорания малоразмерных ГТД (МГТД). Получена зависимость для оценки влияния конструктивных, режимных параметров и влияния размерности на характеристики поля температур на выходе из камер сгорания МГТД.

Представлены исследования по определению полей концентрации в закрученном потоке вихревых горелок различного конструктивного исполнения, применяемых в камерах сгорания, работающих по принципу сжигания предварительно перемешанной «бедной» топливовоздушной смеси. Оценено влияние качества подготовки топливовоздушной смеси на выбросы оксидов азота в камере сгорания ГТД.

В результате работы создана математическая модель рабочего процесса камеры сгорания газотурбинного двигателя, позволяющая учитывать влияние подвеса жаровой трубы, воспламенителя и соплового аппарата турбины на рабочий процесс камеры сгорания, а также оценено это влияние.

Работа посвящена исследованию образования спектра полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) при турбулентном диффузионном горении пропан-бутановой смеси. Сделано обобщение параметров, влияющих на окисление углеводородов и основных ПАУ со стороны процесса смешения, диффузии, химической кинетики. Выявлены зоны интенсивного образования спектра ПАУ.

Источником получения полезного эффекта цикла тепловой машины является тепловая энергия топлив, применяемых в циклах. Максимальный эффект от топлив стремятся получить в циклах ракетных и авиационных двигателей, так как по своей специфике они возят горючее (а в ракетных двигателях и окислитель) на борту на всё время выполнения поставленной задачи. Энергетические и транспортные силовые установки должны использовать доступное по цене и наличию в данном регионе горючее. На примере самого распространённого цикла Брайтона рассмотрены факторы, определяющие максимальный коэффициент использования теплоты, вводимой топливом в цикл. Рассмотрены два фактора, накладывающие ограничения на КПД цикла Брайтона, – максимально допустимый по прочностным свойствам материалов и максимальный уровень продуктов сгорания топлив. Определены значения коэффициентов избытка воздуха при сгорании топлив и предельные характеристики тепловых машин по циклу Брайтона. Приведены сведения об обобщённом подходе к оценке энергетических свойств топлив и влиянии этого показателя на цикл Брайтона.

Представлено сравнение результатов численного моделирования течения закрученного потока в экспериментальной установке с использованием различных программных средств: коммерческого ПО ANSYS CFX и кодов высокого порядка точности собственной разработки. Проведена оценка влияния моделей турбулентности и размера расчётной сетки на результаты вычислений.

В статье описана методика численного расчёта гладких подшипников скольжения с газовой и масляной смазкой с применением программного комплекса ANSYS, приводятся настройки кавитационной и турбулентной моделей, а также влияние размера сетки на полученные данные. Приводится сравнение данных, полученных при численном расчёте, с теоретическими данными, а также с данными, полученными при решении уравнения Рейнольдса теории смазки. На основе приведённых результатов проводится анализ адекватности модели.

Разработана модель коагуляции капель топлива применительно к камерам сгорания ГТД. По разработанной модели выполнены расчёты коагуляции капель при различных значениях углов раскрытия топливного факела и начальных размеров капель. Найдены значения концентраций капель и размеров в зависимости от геометрических и режимных характеристик распыливающего устройства. Показано, что уменьшение угла распыливания топлива при одних и тех же начальной концентрации капель и их размеров приводит к смещению максимума распределения концентрации топлива в сторону больших размеров и увеличению концентрации капель.

Представлена обобщённая модель нагрева и испарения отдельных топливных капель, учитывающая влияние на процесс испарения распределения концентраций топливных паров в окружающем каплю пространстве. Проведены численные расчёты для режимов, характерных для камер сгорания ГТД. Определён диапазон температур воздушного потока, в котором влияние концентрации топливных паров в окружающем каплю пространстве на скорость ее испарения и распределение топлива в рабочем объеме камеры сгорания является существенным.