Исследование формирования температурных полей в камерах сгорания газотурбинных двигателей

Инженерный журнал: наука и инновации

# 1·2018 1

УДК 532.517.4 : 621.43.056 DOI 10.18698/2308-6033-2018-1-1716

Исследование формирования температурных полей

в камерах сгорания газотурбинных двигателей

Казанский национальный исследовательский технический

университет им. А.Н. Туполева (КНИТУ — КАИ), 420111, Казань, Россия

Исследована картина течения в жаровой трубе камеры сгорания. Определены ос-

новные факторы, влияющие на смешение газовых потоков с вторичным воздухом.

Результаты составления аналитических уравнений по расчету смешения позволя-

ют прогнозировать уровень неравномерности температурных полей в камере сго-

рания при различных конструктивных и режимных параметрах на входе и опреде-

лять оптимальные соотношения потоков, обеспечивающих минимальный уровень

неравномерности температурного поля на выходе из камеры сгорания. Создана

расчетная 3D-модель сектора камеры сгорания, на основе которой проанализиро-

ваны изменения температурного поля на выходе в зависимости от соотношений

подаваемого первичного и вторичного воздуха в жаровую трубу. Проведено сопо-

ставление результатов расчета с аналитическими зависимостями и эксперимен-

тальными исследованиями.

Ключевые слова:

газотурбинный двигатель, камера сгорания, неравномерности

температурного поля, численное моделирование

Введение.

Одним из сложных вопросов при создании камер сго-

рания (КС) газотурбинных двигателей (ГТД) является обеспечение

равномерных температурных полей на выходе, напрямую связанное

с надежностью турбины, что обусловлено характером взаимодействия

струй вторичного воздуха с газовым потоком. С одной стороны, тре-

буемые температурные поля в основном достигаются при проведении

многочисленных экспериментальных исследований, в результате ко-

торых получают эмпирические зависимости, справедливые для кон-

кретных КС [1, 2]. С другой стороны, исследование течения системы

поперечных струй в газовом потоке позволяет получить полуэмпири-

ческие зависимости и достаточно точно прогнозировать влияние раз-

личных параметров на уровень неравномерности температурных по-

лей [1–4].

Для моделирования процессов внутри КС в настоящее время

применяют стандартные пакеты вычислительной газодинамики,

например Fluent, CFX, FlowVision и др. Использование 3D-моделей

дает возможность более точно определить влияние конструкции

и режима работы КС на температурные поля. Однако при этом тре-

буется предварительная трудоемкая долговременная подготовка по

созданию геометрической модели и генерации расчетной сетки, что

усложняет анализ многочисленных конструктивных вариантов [5–7].