В.В. Третьяков,
(ФПУ'П «ЦИЛМ им. П. И. Баранова», Россия)
Целью данной работы является получение данных о влиянии конструкции завихрительного фронтового устройства на распределение концентраций капельножидкого и парообразного топлива в нем. а также данных по сепарации капель топлива на стенки модуля. Эта задача решается посредством численных расчетов, основанных на интегрирования уравнений Рейнольдса для нахождения полей скорости и давления газового потока в модуле и интегрирования системы обыкновенных дифференциальных уравнений, записанных в переменных Лагранжа и описывающих процессы движения, нагрева и испарения отдельных капель для нахождения распределений капельно-жидкого топлива внутри завихрительного устройства и в рабочем объеме модуля. Для нахождения соответствующих распределений парообразного топлива используются дифференциальное уравнение переноса пассивной примеси. При этом считается, что факел распыла имеет полидисперсную структуру и имеет место процесс каскадного распыливания топлива. При решении задачи о распределении топлива в рабочем объеме камеры предполагается, что в процессе движения, нагрева и испарения топливных капель их влияние на газовый поток отсутствует и что на стенках модуля не происходит испарения топлива.
Расчеты проведены для четырех вариантов конструкции модуля. Вариант 1 -исходный: закрутка потока в тангенциальном завихрителе равна 70 , длина его лопаток - 30мм и радиус наружной стенки выходного сопла - 39мм. Вариант 2 - закрутка потока уменьшена с 70 до 60 . радиус наружной стенки сопла равен 38мм. Вариант 3 -длина лопаток тангенциального завихрителя равна 14мм (установка пластины-перегородки). Вариант 4 - изменена конструкция стабилизатора.
Обнаружено, что структура газового потока в модуле оказывает весьма сильное влияние и на распределение капельно-жидкого топлива в камере, и на сепарацию капель на стенки. Выявлены три харак терных вида течения в модуле, отличающиеся конфигурацией -зон оо-ратных токов.
Расчеты проведены для характерных режимов работы авиационного двигателя. В результате расчетов распределения топлива в режиме холодных испытаний установлено, что
- в вариантах 1 и 2 доля осаждающегося на стенки козырька топлива составляет приблизительно 6-8%; установка перегородки (вариант 3) приводит к уменьшению этой доли до 3%; изменение конфигурации стабилизатора (вариант 4) не нарушает распределениях капельножидкого топлива внутри завихрителя;
- основная доля топлива, распыленного пневматическими форсунками, попадает на разделяющую обечайку и стабилизатор; эти доли составляют для первых трех вариантов конструкции (со «старым» стабилизатором) от 83 до 96%, а в четвертом варианте («новый» стабилизатор) - приблизительно 70%; в последнем случае имеет место интенсивный унос капель высокоскоростным осевым воздушным потоком;
- имеет место существенная сепарация капель на стенки модуля; так, массовая доля капельно-жидкого топлива, попадающего на стенку жаровой грубы, в вариантах 1 и 2 составляет 75%, в варианте 3 - 88% и в варианте 4- 98%.
Таким образом, результаты расчетов по сепарации топливных капель на стенки завихрительного устройства показали, что в целом проведенные мероприятия по совершенствованию конструкции модуля уменьшили массовую долю топлива, попадающего на лопатки и стенки тангенциального завихрителя. Расчеты показали также, что в третьем варианте расчетов топливный факел ближе всего подходит к стабилизатору пламени и некоторая часть капель захватывается циркуляционным течением «висящей» зоны обратных токов. В четвертом варианте расчетов обнаружено снижение уровней концентраций капельно-жидкого топлива в камере, что связано с уносом капель высокоскоростным осевым воздушным потоком. Так, безразмерные максимальные значения концентраций капельно-жидкого топлива в горловом сечении тангенциального завихрителя равны Ск1,= 0.73, Ск.2= 0.68. Ск,3= 0.38 и Ск,4= 0.24 для вариантов 1-4, соответственно. Как видно из приведенных данных, причиной этого уменьшения является установка в лопаточном канале тангенциального завихрителя пластины-перегородки.
При увеличении температуры воздушного потока количество топлива, попадающего на стенки камеры, снижается, уменьшается и доля топлива, распиливаемого с острых кромок, а при увеличении давления в модуле интенсифицируются процессы увлечения капель газовым потоком.
Приведенные данные показывают, что распределения капельножидкого и парообразного топлива в модуле являются весьма чувствительными к изменениям конструктивных и режимных параметров рассматриваемого устройства.
Работа поддержана Российским фондом фундаментальных исследований, проект №05-08-17942.
|
