Исследование формирования температурных полей в камерах сгорания газотурбинных двигателей

5 / 15

Исследование формирования температурных полей в камерах сгорания ГТД
Инженерный журнал: наука и инновации # 1·2018 5
Согласно допущениям, комплекс k примет следующий вид:
 0,5
2 2
ЗОТ тр / 0, 003 1 tg ,  
     
 
k R R x
где г , T г W — температура и скорость потока, истекающего из фрон-
тового устройства; o , T o W — температура и скорость вторичного
воздуха, истекающего из отверстий; A1, A2 — постоянные коэффици-
енты для данной камеры сгорания; i F — площадь отверстий жаровой
трубы; Fm — миделева площадь жаровой трубы в i-м сечении;
фр фр /   F F F — относительная площадь подвода первичного возду-
ха через фронт КС; h оi — глубина проникновения струи в поток; dоi,
n оi — диаметр и число i-го ряда отверстий; RЗОТ — наружный радиус
ЗОТ за завихрителем; Rтр — радиус (высота) жаровой трубы; β — ко-
эффициент, характеризующий влияние завихрителя (для осевых за-
вихрителей β = 9,6); φ — угол крутки потока за завихрителем;
( )x — параметры, зависящие от длины КС; x — длина КС.
Из анализа зависимости (5) следует, что неравномерность темпе-
ратурных полей сложным образом зависит от многих режимных
и конструктивных параметров. Например, увеличение степени рас-
крытия фронтового устройства, длины камеры, перепада на стенках
жаровой трубы, т. е. скорости втекания струй, а также увеличение
крутки потока приводят к уменьшению неравномерности .
Численное моделирование и верификация найденной зави-
симости неравномерности температурного поля. Для проверки
найденной зависимости (5) проведено численное моделирование КС
НК 16-18СТ. Выполнено несколько 3D-моделей с различными диа-
метрами отверстий в стенках жаровой трубы в области смешения.
Блок КС содержал 136 горелочных устройств, расположенных в два
ряда в шахматном порядке. Для упрощения численной модели и со-
кращения времени расчета был выбран симметричный сегмент КС
(1/70 часть кольцевой камеры), содержащий целое горелочное
устройство в середине и две половины по бокам (рис. 2). Обоснова-
ние упрощения численной модели КС до одного сектора описано
в работе [11].
В качестве граничных условий на входе в соответствующих се-
чениях задавали массовый расход воздуха и метана, на выходе —
условие постоянства статического давления. Для воспроизведения
закрутки потока, определяемой конструктивными особенностями го-
релочного устройства, на границах сектора, ограничивающих мо-
дельный объем КС, задавали условия периодического подвода [12,
13]. В местах ограничения распространения потока (корпус КС и
стенки жаровой трубы) установлены стенки в виде условий непроте-
кания и прилипания.