Отзыв на автореферат 9 (Метод подготовки равномерной смеси жидкого топлива с воздухом во фронтовом устройстве авиационной малоэмиссионной камеры сгорания)

ОТЗЬВ На автореферат диссертации Челебян Оганеса Грачьяевича «Метр по готовки авноме ной смеси жи кого топлива с воз хом во оптовом ст ойстве авиа ионной мало эмиссионной каме ы сго ания» представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.07.05 «Тепловые электроракетные двигатели и энерго- установки летательных аппаратов» Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего образования «Московский авиационный институт ~национальный исследовательский институт)». Актуальность работы обеспечивается требованием ИКАО по ограничению уровня эмиссии вредных несгоревших углеводородов в процессе работы газотурбинного двигателя.

Решить данную проблему можно путем создания мало эмиссионной камеры сгорания, с качественно подготовленной топливовоздушной смесью, которая сгорит с наибольшим выделением тепла и наименьшим выделением вредных не прогоревших углеводородов, При этом особое внимание уделяется конструкции фронтового устройства камеры сгорания обеспечивающего подготовку топливовоздушной смеси и ее подачу в зону горения. Одним из признанных методов получения равномерной топливовоздушной смеси за фронтовым устройством камеры сгорания является пневматическое распыливание жидких топлив, Однако некоторые типы распыли- вающих устройств изучены недостаточно хорошо и обладают серьезными недостатками. Ужесточение международных стандартов на эмиссию вредных веществ, а также расширение применения жидких (в том числе альтернативных) топлив и концепций мало эмиссионных камер сгорания ГТД, работающих на бедных смесях„вызывает заинтересованность в разработке и исследовании новых методов пневматического распыливания, способов воздействия на жидкость, позволяющие получить характеристики аэрозоля близкие к равномерной топливовоздушной смеси.

Целью работы являлась разработка метода подготовки равномерной смеси жидкого топлива с воздухом во фронтовом устройстве мало эмиссионной камеры сгорания ГТД. Для достижения поставленной цели диссертантом были решены следующие задачи: 1. Был проведен анализ существующих современных методов распыливания топлива. 2. Разработана классификация воздушных завихрителей потока, применяемых при проектировании устройств пнематического распыливания. 3. Проведены экспериментальные исследования влияния физических свойств жидких топлив, а также аэродинамических особей)~~щ;крн~щр~- р~ ции различных типов фронтовых устройств и режимных параметров, на процесс смесеобразования и распыливания. 4.

Проведено расчетно-экспериментальное проектирование фронтового модуля камеры сгорания с пневмораспылом для подготовки равномерной смеси жидкого топлива с воздухом за горелкой. 5. Проведены экспериментальные исследования характеристик аэрозоля и осуществлена апробация метода подготовки равномерной топливовоздушной смеси в огневых испытаниях модельного трехгорелочного отсека камеры сгорания при повышенном давлении среды на входе. При выполнении диссертационных исследований применялись современные расчетные и экспериментальные методы исследования характеристик распыливания: бесконтактный метод фазо-Доплеровской анемометрии, метод флуоресцентно-поляризационного отношения рассеянного света, и численные трехмерные расчеты аэродинамики путем решения итерационным методом уравнений Рейнольдса для сжимаемого газа с использованием 1-а модели турбулентности. В процессе проведения исследований были получены результаты„ обладающие научной новизной: 1.

Разработана классификация устройств, для закрутки потока воздуха и стабилизации пламени. 2. Впервые получены экспериментальные данные по влиянию физических свойств жидких 1в том числе альтернативных) топлив на характеристики аэрозоля при различных способах распыливания. 3. Разработан метод подготовки равномерной смеси жидкого 1в том числе альтернативного) топлива с воздухом во фронтовом устройстве мало- эмиссионной камеры сгорания 1 ТД. 4. Разработан и исследован новый фронтовой модуль камеры сгорания с пневмораспылом и формированием равномерной смеси жидкого топлива с воздухом за выходным соплом горелки.

5. Получены экспериментальные данные трехгорелочного отсека КС, оснащенного разработанным фронтовым модулем, обеспечившим значимое снижение эмиссии ХО„при высокой эффективности сжигания топлива. Результаты исследования верифицированы по экспериментальным данным, которые проводились по стандартизированным методикам с помощью аттестованной аппаратуры. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, и списка библиографии из 114 наименований. Во введении дано обоснование актуальности темы, сформулирована цель и поставлены задачи исследования. В первой главе проведен обзор работ направленных на создание технологий мало эмиссионного сжигания нефтяных топлив, современных методов подготовки и распыливания топливовоздушной смеси во фронтовой части камеры сгорания ГТД.

Рассмотрены физические основы распада неустойчивых форм жидкости при различных способах подвода энергии, затрачиваемой на процесс диспергирования, подготовки и распыливания топливовоз- душной смеси. Выполнен анализ развития концепций авиационных мало эмиссионных камер сгорания, удовлетворяющих современным экологическим стандартам ИКАО. Во второй главе приведено описание экспериментального стенда лазерной диагностики и основ применяемых методов бесконтактного исследования характеристик двухфазных потоков, формируемых в различных аэрозолях за фронтовыми устройствами камер сгорания различных типов. Рассмотрены основные параметры генерируемого на выходе из сопла аэрозоля, влияющие на процесс воспламенения и горения топливовоздушной смеси.

В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований влияния физических свойств жидких топлив (включая биотоплива), и методов распыли и смешения с воздухом, а также режимных параметров работы фронтового устройства, влияющих на процесс дробления и распыливания в камере сгорания. На основе полученных данных, выведена критериальная теоретическая зависимость максимального Заутеровского Озг диаметра образующихся частиц топлива от физических свойств жидкости при пневматическом способе распыливания. В качестве обьектов исследования были выбраны разработанные в ЦИАМ два типа горелок: одна двухканальная по топливу комбинированная центробежно-пневматическая, и вторая одноканальная пневматическая. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволили сделать следующие выводы: 1) Исследование особенностей распыливания жидкостей с различными физическими свойствами позволило обосновать предположение о вихревом механизме процесса распада жидких пленок на капли.

Угол раскрытия факела при гидравлическом распыливании зависит в большей степени от вязкости жидкости, а удаленность точки распада пленки от выходного сечения сопла, в основном, от коэффициента поверхностного натяжения. 2) Характер влияния свойств жидкости на мелкость аэрозоля зависит от способа дробления жидкости на капли. При центробежном способе распыла без подачи воздуха наибольшее влияние на мелкость капель оказывает вязкость жидкости, при центробежно-пневматическом способе (с одинаковым порядком скоростей жидкости и воздуха) - поверхностное натяжение. При пневматическом способе распыла линейный размер капель определяется преимущественно воздушным потоком независимо от свойств жидкости.

3) Разработано и исследовано модельное биотопливо (в пропорции 40', о керосина ТС-1, 20", о касторового масла, и 40','о этилового спирта), как наиболее однородная и хорошо перемешанная смесь без осадков и расслоения. 4) На основе экспериментальных данных, выведена обобщенная зависимость максимального диаметра капель (Озз) от физических свойств жидкости. В четвертой главе представлены результаты разработки, и исследования метода подготовки равномерной смеси жидкого топлива с воздухом во фронтовом устройстве авиационной мало эмиссионной камеры сгорания.

С помощью данного метода проведено расчетно-экспериментальное проектирование, и испытание фронтового модуля с пневмораспылом жидких топлив. В заключении можно отметить, что: 1. Разработан метод подготовки равномерной смеси жидкого (в том числе альтернативного) топлива с воздухом во фронтовом устройстве авиационной малоэмиссионной камеры сгорания ГТД, 2. Разработан пневматический фронтовой модуль камеры сгорания, формирующий на выходе из сопла равномерную смесь жидкого топлива с воздухом. 3.