Проведен анализ тенденций развития камер сгорания энергетических газотурбинных установок большой и средней мощности передовых производителей, идущих по пути существенного повышения КПД установок, увеличения топливной гибкости при сохранении экологических требований. Продемонстрирован опыт создания малоэмиссионных камер сгорания (МЭКС) во Всероссийском теплотехническом институте. Приведены результаты испытаний МЭКС ГТ-16П в одногорелочном отсеке при полных параметрах. Показана ее доработка до двузонной, что позволило существенно расширить границы устойчивого малоэмиссионного горения в широком диапазоне температур наружного воздуха. При допустимых значениях NOx удалось достичь температуру газов на выходе из камеры сгорания 1700 °C. Проанализированы конструкции горелочных устройств МЭКС газотурбинных установок, позволяющие избежать основных проблем, возникающих при сжигании топлива с большим содержанием водорода, а именно: проскока пламени в зону предварительного перемешивания, высоких потерь давления на горелках и неустойчивости процесса горения. Показано, что данные конструкции не содержат лопаточного завихрителя и выраженной зоны предварительного перемешивания.
Проведено расчетно-экспериментальное исследование образования NOx при горении водорода в цилиндрической камере сгорания с разработанным микрофакельным горелочным устройством. Экспериментальные данные получены при различном распределении топлива между основным и пилотным контурами горелочного устройства. Численное исследование процессов горения и образования NOx в камере сгорания выполнено для режимов, соответствующих экспериментальным. Расчеты проводились в стационарной постановке с использованием подхода к моделированию турбулентности RANS. При моделировании горения водорода учитывалась скорость смешения топлива с воздухом с помощью критерия подобия, связанного с диффузией (турбулентное число Шмидта). Нормальная скорость распространения пламени задавалась в зависимости от температуры и состава топливовоздушной смеси. Исследовано влияние турбулентного числа Шмидта на результаты расчета эмиссии оксидов азота.
Д.В. Идрисов, С.С. Матвеев, Н.И. Гураков, А.А. Литарова, О.В. Коломзаров, А.С. Савченкова, А.Д. Попов
"Самарский национальный исследовательский университет им. акад. С. П. Королева, Самара, Россия idrisov57@yandex.ru"
Ключевые слова: камера сгорания, диапазон устойчивого горения, границы проскока срыва пламени, водород
Страницы: 103-111
Проведено расчетно-экспериментальное исследование границ проскока пламени при горении предварительно подготовленного метановодородного топлива в вихревом горелочном устройстве с закруткой потока, а также в модельной камере сгорания, являющейся прототипом используемых малоэмиссионных камер сгорания с предварительной подготовкой смеси. В результате проведенных исследований выработаны рекомендации, применение которых позволяет определить проскок пламени с погрешностью, не превышающей ±5 %. Эти результаты могут быть использованы для повышения точности определения границ проскока пламени при горении метановодородного топлива на этапе предварительного проектирования камер сгорания авиационных газотурбинных двигателей и энергетических установок.
Д.В. Безруков, В.В. Власенко, А.Н. Морозов, А.Ю. Ноздрачев
"Центральный аэрогидродинамический институт им. Н. Е. Жуковского, Жуковский, Россия vlasenko.vv@yandex.ru"
Ключевые слова: панорамная визуализация, мультиспектральная визуализация, обработка изображений, хемилюминесценция, модель турбулентного горения, модель химической кинетики
Страницы: 112-123
Приведены результаты применения разработанной многоканальной панорамной системы визуализации потока с горением в модельном канале на экспериментальном стенде. Основной акцент сделан на принципах работы компонентов системы визуализации, особенностях их выбора, требованиях к системе и параметрам ее компонентов. Отмечены достоинства и недостатки разработанной многоканальной системы визуализации. Представлены возможные способы модернизации ее компонентов с целью более точного описания процессов горения.
Ю.В. Богатов, В.А. Щербаков, И.И. Чуев
"Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А. Г. Мержанова РАН, Черноголовка, Россия vladimir@ism.ac.ru"
Ключевые слова: СВС-компактирование, механоактивация, никелид титана, скорость и температура горения, фазовый состав, микроструктура
Страницы: 124-132
Проведенное исследование относится к работам по получению консолидированных материалов методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) с последующим компактированием горячих продуктов (СВС-компактирование). Методом СВС-компактирования механически активированных смесей порошков Ni и Ti получены беспористые образцы никелида титана диаметром 70 мм и толщиной 8 мм. Горение смеси Ni + Ti проводили в реакционной пресс-форме без предварительного нагрева и защитной среды. Исследовано влияние механоактивации в шаровой мельнице на характеристики смесей и параметры горения. Анализ микроструктурных характеристик показал, что увеличение реакционной способности МА-смесей Ni + Ti и осуществление экзотермического взаимодействия в режиме СВС обусловлены уменьшением размера кристаллитов в частицах Ni, увеличением в них плотности дислокаций и образованием композитных частиц Ti-Ni. Максимальная температура горения реакционной смеси - 1 150 °C, средняя скорость горения - 3.5 см/с. Основными фазами синтезированного сплава являются Ti2Ni, NiTi и Ni3Ti. Прочность образцов при сжатии - 1 350 МПа, микротвердость по Виккерсу - 11.1 ± 1.2 ГПа.
Н.А. Кочетов, М.Л. Бусурина
"Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А. Г. Мержанова РАН, Черноголовка, Россия kolyan_kochetov@mail.ru"
Ключевые слова: горение, механическая активация, интерметаллиды, многокомпонентные высокоэнтропийные сплавы, алюминид никеля, Ni + Al + x(Fe + Co + Cr), СВС
Страницы: 133-140
Проведено исследование влияния механической активации и количества связки Fe + Co + Cr на скорость и максимальную температуру горения, удлинение образцов в процессе горения, размер композитных частиц и выход смеси после активации, фазовый состав и морфологию продуктов синтеза в системе Ni-Al-(Fe-Co-Cr). Механоактивация смеси Ni + Al + x(Fe + Co + Cr) позволила реализовать горение образцов при комнатной температуре при содержании связки Fe + Co + Cr до 40 %. Активация смесей увеличила скорость и температуру горения, удлинение образцов продуктов и их пористость, уменьшила их прочность. Возрастание содержания связки Fe + Co + Cr в активированной смеси Ni + Al + x(Fe + Co + Cr) привело к увеличению выхода смеси после механоактивации, уменьшению размера композитных частиц и удлинению образцов продуктов синтеза. Зависимость скорости горения активированных смесей от содержания связки Fe + Co + Cr немонотонна, имеет максимум при содержании связки 10 %. Методом СВС синтезированы высокоэнтропийные сплавы - твердые растворы на основе интерметаллидов NiAl и Ni3Al.
"В.И. Квашнин1,2, А.Н. Новоселов1, М.А. Леган1,2, М.А. Есиков1,2, А.И. Гаврилов3, А.В. Ухина3"
"1Институт гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН, Новосибирск, Россия 2Новосибирский государственный технический университет, Новосибирск, Россия 3Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН, Новосибирск, Россия"
Ключевые слова: композиционные материалы, алюминий, интерметаллиды, металлическое стекло, электроискровое спекание, механическая активация
Страницы: 141-150
Описывается получение композиционных материалов с алюминиевой матрицей, содержащих частицы металлического стекла состава Fe66Cr10Nb5B19, путем последовательного применения механической активации исходных порошков в планетарной мельнице и электроискрового спекания. В ходе спекания при 540 °C происходит полное или частичное превращение частиц металлического стекла в интерметаллидное соединение Fe4Al13. Композиционные материалы, спеченные из смеси Al + 20 (об.) % Fe66Cr10Nb5B19, характеризуются анизотропией механических свойств: предел текучести при сжатии, микротвердость и деформация при разрушении в направлении прессования при спекании составляют 550 МПа, 200 HV и 14.2 % соответственно, в то время как в направлении, перпендикулярном направлению прессования, данные характеристики составляют 740 МПа, 250 HV и 2.2 %.
Изучался состав продуктов сгорания в воздухе при атмосферном давлении гипофосфита кальция Ca(H2PO2)2 c окислителями - нитратами либо нитритами натрия или калия. Синтез проводился с целью получить двойной фосфат состава Na(K)CaPO4. Готовились смеси порошков с нулевым кислородным балансом, для этого при необходимости вводили дополнительное количество нитрата аммония. Фазовый состав конденсированных продуктов сгорания исследовали методом рентгенофазового анализа. Смеси устойчиво горели при атмосферном давлении с выделением аэрозоля P4O10. Продукты сгорания представляли собой оплавленные частицы белого цвета размером до 1 мм. В конденсированных продуктах сгорания обнаружены двойные фосфаты NaCaPO4, Na2CaP2O7, K2CaP2O7, KCaPO4 и пирофосфаты кальция Ca2P2O7.
А.С. Рогачёв
"Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А. Г. Мержанова РАН, Черноголовка, Россия rogachev@ism.ac.ru"
Ключевые слова: зажигание, предварительное механическое активирование, СВС, термиты, чувствительность к нагреву и удару
Страницы: 3-13
Выполнен критический обзор экспериментальных результатов и теоретических моделей по влиянию механического активирования на зажигание порошковых смесей в процессах безгазового и фильтрационного горения, а также на зажигание составов термитного типа. Показано, что все имеющиеся данные однозначно указывают на повышение чувствительности порошковых составов к термическому инициированию, но в случае ударного инициирования чувствительность увеличивается не всегда. Изменение чувствительности обусловлено совокупным действием двух факторов - улучшением контакта реагентов и снижением энергии активации химической реакции. В обзоре предложено использовать фактор механического активирования, учитывающий изменение площади контакта и энергии активации, для описания чувствительности активированных составов.
А.С. Рогачёв
"Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А. Г. Мержанова РАН, Черноголовка, Россия rogachev@ism.ac.ru"
Ключевые слова: предварительное механическое активирование, скорость волны горения, температура горения, СВС
Страницы: 14-29
Рассмотрено влияние предварительного механического активирования порошковых составов на закономерности горения - скорость распространения и максимальную температуру. Скорость горения может увеличиваться, уменьшаться или проходить через экстремум при возрастании времени активации. Утверждается, что такое сложное поведение наиболее полно описывает микрогетерогенная модель горения; рассмотрены также гомогенная и конвективно-кондуктивная модели. Обсуждается вопрос о том, накапливается ли дополнительная энергия в порошковых смесях при механической обработке и почему не наблюдаются сверхадиабатические температуры горения в активированных составах.
Наш сайт использует куки. Продолжая им пользоваться, вы соглашаетесь на обработку персональных данных в соответствии с политикой конфиденциальности. Подробнее
