Российский фонд
фундаментальных
исследований

Физический факультет
МГУ им. М.В.Ломоносова
 

08.08 Аэро-термо-акустика и акустика горения

 

Суржиков С.Т. «Термогазодинамика модельной камеры сгорания этилена в сверхзвуковом потоке» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 3, с. 115-134 (2022)

Представлены результаты численного исследования термогазодинамики модельной камеры гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя со стабилизатором пламени этилена, выполненным в виде каверны несимметричной трапецеидальной формы. Изучены режимы сверхзвукового течения воздуха на входе в камеру сгорания с числом Маха 2.2 при давлении 0.416–1 атм и суммарного расхода этилена порядка 10 г/(с·см) через две форсунки, расположенные в каверне. Использовалась двухмерная вычислительная модель, основанная на системе нестационарных уравнений Навье–Стокса, сохранения энергии, неразрывности смеси газов и отдельных химических компонент, а также системе уравнений химической кинетики. Расчет спектральных и интегральных радиационных тепловых потоков к стенкам камеры выполнялся с использованием уравнения переноса теплового излучения. Показано, что в рассмотренных расчетных случаях плотность конвективного теплового потока к стенкам камеры сгорания может достигать 20 Вт/см2, а плотность интегральных радиационных тепловых потоков ∼1 Вт/см2.

Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 3, с. 115-134 (2022) | Рубрики: 06.18 08.08 08.14

 

Юрковский В.С., Сухинин С.В. «Геликоидальный аэроакустический резонанс как прекурсор вращающегося срыва в компрессорных решетках ГТД» Авиадвигатели XXI века. Москва 24–27 ноября 2015 г. Сборник тезисов докладов, с. 278-280 (2015)

Известно, что в окрестности любой периодической решетки могут существовать собственные акустические колебания. Это означает, что энергия собственных акустических колебаний не распространяется по осевой координате. Частоты этих колебаний находятся ниже соответствующей частоты отсечки кольцевого канала, поэтому колебания локализованы в окрестности решетки. Это обуславливает возможность аэроакустических резонансных явлений около любой решетки, в том числе около решеток компрессора ГТД. Ранее были проведены численно-аналитические исследования собственных частот и собственных функций акустических колебаний около решеток пластин. В настоящей работе проведены исследования резонансных явлений, которые описываются собственными волнами, вращающимися в кольцевом канале, содержащем лопатки. Эти резонансные явления локализованы по осевой координате в окрестности одиночной решетки, в окрестности ступени и (или) нескольких ступеней. Основным источником акустических резонансных колебаний являются когерентные вихревые структуры в основном потока газа.

Авиадвигатели XXI века. Москва 24–27 ноября 2015 г. Сборник тезисов докладов, с. 278-280 (2015) | Рубрики: 08.08 08.14

 

Терентьева Л.В., Нигматуллин Р.З. «Расчет генерации тонального шума и турбины низкого давления на основе моделирования нестационарного течения газового потока» Авиадвигатели XXI века. Москва 24–27 ноября 2015 г. Сборник тезисов докладов, с. 319-321 (2015)

Проведено исследование тонального шума, генерируемого модельной двухступенчатой неохлаждаемой турбиной низкого давления на различных режимах работы. Анализ основан на численном интегрировании системы осредненных по Рейнольдсу трехмерных нестационарных уравнений Навье–Стокса, описывающих турбулентные течения вязкого теплопроводного газа. Полученное в результате расчета поле пульсаций давления преобразуется методами спектрального анализа, что позволяет получить тональные характеристики шума, генерируемого в выходном сечении турбины. Подробное описание метода расчета, а также способа извлечения акустической информации из полученных результатов, приведено ранее.

Авиадвигатели XXI века. Москва 24–27 ноября 2015 г. Сборник тезисов докладов, с. 319-321 (2015) | Рубрики: 08.08 08.11 08.14 10.01

 

Чепрасов С.А. «Отработка методики компьютерного моделирования термоакустических явлений в камерах сгорания» Авиадвигатели XXI века. Москва 24–27 ноября 2015 г. Сборник тезисов докладов, с. 390-391 (2015)

В технических устройствах с горением при определенных параметрах возникает согласованная связь между тепловыми и акустическими пульсациями, что приводит к значительной интенсификации теплообмена, мощным пульсациям давления и разрушению камер сгорания двигателей летательных аппаратов, наземных газотурбинных установок и др. Это явление известно еще с работ Рэлея, которое так же называют вибрационным горением, неустойчивостью горения, термоакустическими колебаниями. C середины 20-го века для расчетного исследования данного эффекта применилась методология, основанная на решении неоднородного волнового уравнения с правой частью в виде функции отклика пламени. В настоящее время активно развиваются методы компьютерного моделирования, основанные на решении трехмерных нестационарных уравнений газовой динамики для вязкого, теплопроводного газа совместно с кинетикой горения, и упрощенных методик учета потерь на излучения. Современные методы компьютерного моделирования турбулентных течений с горением, пока еще находятся только в стадии становления и возможности этих методов при описании термоакустических эффектов в камерах сгорания пока изучены не достаточно хорошо. В данной работе представлены первые попытки численного моделирования продольных мод термоакустических неустойчивостей в простейшей гомогенной камере сгорания. Предложена математическая модель для описания термоакустических эффектов. Для описания турбулентности применяется подход, основанный на решении нестационарных уравнений Рейнольдса (URANS). Процессы горения моделируются на основе модели тонкого фронта пламени. Тестируются различные модели взаимодействия турбулентности и процессов горения. В результате проведенного расчетного исследования установлено, что представленная математическая модель позволяет качественно описывать термоакустические явления в двумерной постановке. Для увеличения точности расчета необходима дальнейшая работа: проведение трехмерных нестационарных расчетов с применением метода моделирования крупных вихрей (LES) для описания турбулентности, использование упрощенных кинетик горения совместно с процедурой утолщения фронта пламени для описания взаимодействия турбулентности и горения.

Авиадвигатели XXI века. Москва 24–27 ноября 2015 г. Сборник тезисов докладов, с. 390-391 (2015) | Рубрика: 08.08

 

Быковский Ф.А., Ждан С.А., Ведерников Е.Ф. «Параметры непрерывной многофронтовой детонации смеси метана с нагретым воздухом в кольцевой цилиндрической камере» Физика горения и взрыва, 58, № 2, с. 28-37 (2022)

В проточной кольцевой камере сгорания диаметром 503 мм впервые реализованы и исследованы режимы непрерывной многофронтовой детонации смеси метан - нагретый воздух. Воздух предварительно нагревался огневым способом в форкамере от 600 до 1 200 К при сжигании поступающей в форкамеру стехиометрической смеси водород - кислород, расход воздуха 6–20.9 кг/с. Коэффициент избытка горючего (метана) составлял 1.15±0.1. Исследовано влияние степени нагрева воздуха на область реализации непрерывной детонации, давление в камере сгорания и удельный импульс. Во всех опытах при температуре воздуха 600–1 200 К наблюдали режимы непрерывной многофронтовой детонации с одной парой сталкивающихся поперечных волн с частотой 1.2±0.1 кГц. По измеренным на выходе из камеры сгорания давлениям торможения определены удельные импульсы при непрерывной детонации в зависимости от расхода воздуха и температуры его подогрева. Выяснено, что с повышением температуры воздуха удельный импульс силы тяги уменьшается вследствие увеличения степени диссоциации продуктов. Максимальный удельный импульс с учетом энергии нагретого воздуха 1 630 с получен при температуре воздуха в форкамере 600 К. Ключевые слова: непрерывная спиновая детонация, метан, воздух, поперечные детонационные волны, кольцевая камера сгорания, форкамера, фоторегистрация, структура течения, тяговые характеристики

Физика горения и взрыва, 58, № 2, с. 28-37 (2022) | Рубрики: 08.08 08.10