Т. 328, № 7

Изотермическое моделирование аэродинамической структуры закрученного течения в двухступенчатом горелочном устройстве

Актуальность работы обусловлена широким использованием взаимодействующих закрученных потоков в устройствах для гашения энергии и в вихревых камерах сгорания. Чтобы оптимизировать конструкцию таких устройств, необходимо понимание структуры течения и механизмов взаимодействия соосных закрученных потоков. Применительно к горелочным устройствам данные исследования необходимы для наиболее эффективного сжигания топлива, уменьшения загрязняющих выбросов продуктов сгорания и увеличения эксплуатационного срока службы камер сгорания. Цель работы: экспериментальное исследование аэродинамической структуры закрученного течения в изотермической модели двухступенчатой вихревой камеры сгорания. Основное внимание уделено процессу смешения потоков двух последовательно соединённых тангенциальных завихрителей первой и второй ступеней рабочего участка. Методы исследования: визуализация течения с использованием цифровой высокоскоростной камеры для исследования различных режимов работы вихревого горелочного устройства и лазерно-доплеровская анемометрия для получения профилей осреднённых по времени осевой и тангенциальной компонент скорости, а также их пульсационных составляющих (среднеквадратичные отклонения). Результаты. В случае режима с созакруткой потоков между двумя ступенями рабочего участка было выявлено образование вторичной неустойчивости течения в виде прецессирующего вихря. При режиме с противокруткой обнаружено эффективное смешение закрученных потоков. Исходя из результатов проведенных изотермических опытов можно заключить, что вариант с противокруткой является более предпочтительным для использования в двухступенчатой горелке в плане возможности более быстрого смешения горелочных струй первой и второй ступеней. Результирующее течение характеризуется более равномерным заполнением внутреннего объема устройства в сочетании с устойчивой выраженной закруткой потока, которая должна увеличивать время пребывания частиц топлива в зоне активного горения и, соответственно, полноту его выгорания. Последний фактор достигается без развития сильной гидродинамической неустойчивости течения, характерной для аппаратов с сильной закруткой потока.

Ключевые слова:

вихревые горелки, закрученные потоки, соосные потоки, визуализация, лазерная анемометрия, допплеровские методы, смешение потоков, электронный ресурс, труды учёных ТПУ,

Авторы:

Алексеенко Сергей Владимирович

Шторк Сергей Иванович

Юсупов Роман Равильевич

Скачать PDF