Исследование формирования температурных полей в камерах сгорания газотурбинных двигателей

Ю.Б. Александров, И.И. Вафин, Б.Г. Мингазов

Инженерный журнал: наука и инновации

# 1·2018

Удовлетворительное температурное поле можно получить при пра-

вильном выборе глубины проникновения и числа струй, которые об-

разуют локальные зоны перемешивания [8]. В этом случае определе-

ние числа и размеров отверстий можно предварительно проводить

численными методами, а на окончательном этапе — эксперимен-

тально [5].

Применение аналитических расчетных зависимостей по прогно-

зированию температурных полей на начальной стадии доводки КС

сокращает время работ и является актуальным направлением. Цель

данной работы — определение уровня температурной неравномерно-

сти на выходе из жаровой трубы КС в результате исследования про-

цесса смешения потока газа с вторичным воздухом и сопоставления

аналитических результатов с численными и экспериментальными ис-

следованиями. Получение даже приближенных эмпирических зави-

симостей полезно с точки зрения определения тенденции влияния

конструктивных и режимных параметров на неравномерность темпе-

ратурного поля.

Моделирование процесса смешения в камерах сгорания.

Ис-

следованию процессов смешения струй с потоком газа посвящено

значительное число работ [1, 2, 6, 8, 9]. Однако в них, как правило,

отсутствует привязка к условиям протекания процессов в камерах

сгорания и не учитываются многочисленные особенности, присущие

течению закрученного потока в жаровой трубе. Как известно, в жаро-

вой трубе происходит сложное взаимодействие закрученного газово-

го потока с вторичным воздухом, который разделяется на два потока.

Один из них (до 30 %) идет на охлаждение стенок, а другой — на со-

здание необходимых условий для формирования процесса горения

и требуемых температурных полей.

В то же время весь вторичный воздух участвует в процессе взаи-

модействия с закрученным потоком горячих газов, в результате кото-

рого формируется поле температур на выходе. Вторичный охлажда-

ющий воздух поступает через относительно мелкие отверстия (щели)

и образует пристеночное течение с пленочным охлаждением стенок,

а струи воздуха, поступающие через основные отверстия диаметром

12…16 мм, обладают достаточной пробивной способностью и обра-

зуют более сложную картину взаимодействия. Можно предположить,

что процесс смешения охлаждающего воздуха с газовым потоком

имеет пассивный характер вследствие небольших размеров отвер-

стий и малых скоростей пристеночного течения, т. е. процесс смеше-

ния определяется лишь взаимной турбулентной диффузией присте-

ночного воздуха с потоком горячего газа. В то же время струи

воздуха, истекающие из основных отверстий, взаимодействуют с по-

током горячего газа в результате турбулентного массообмена и ак-