Авиационный ГТД в системе пожаротушения большой мощности и дальности действия тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.07.05, кандидат технических наук Истомин, Евгений Андреевич

• Истомин, Евгений Андреевич
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Истомин, Евгений Андреевич

ВВЕДЕНИЕ.

1 ИССЛЕДОВАНИЕ ДВУХФАЗНОЙ СТРУИ.

1.1 Математическая модель двухфазного струйного течения, использовавшаяся при проведении расчетов.

1.2 Краткое описание метода решения системы осреднснных уравнений.

1.3 Исследование и расчет двухфазной струи.

1.4 Выводы.

2 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕЧЕНИЯ В СОПЛЕ ДВУХФАЗНОГО ВОДО-ВОЗДУШНОГО РАБОЧЕГО ТЕЛА.

2.1 Введение.

2.2 Постановка задачи.

2.3 Модель рабочего тела.

2.4 Расчет скорости течения «фиктивного газа».

2.4.1 Модель рабочего тела с условным обозначением \¥Тр2с.

2.4.2 Модель рабочего тела с условным обозначением ЖТр2.

2.5 Эффективность сопла.

2.6 Физические свойства рабочего тела (воды и воздуха).

2.7 Математическое решение задачи.

2.8 Формулировка задачи на ЭВМ.

2.9 Алгоритм решения задач.

2.10 Результаты расчета.

2.11 Выводы.

3 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СМЕСИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА.

3.1 Математическая модель расчета смесительного устройства.

3.2 Выбор устройства для смесеобразования.

3.3 Конструкция исследуемой модели смесителя.

3.4 Стенд для экспериментального исследования.

3.4.1 Схема стенда.

3.4.2 Измерение поля скорости.

3.4.3 Измерение дисперсности жидкой фазы.

3.4.3.1 Дистанционный лазерный измеритель дисперсности аэрозольного облака методом интегрирующей диафрагмы.

3.4.3.2 Метод интегрирующей диафрагмы.

3.4.3.3 Схема лазерной системы измерения параметров аэрозольного облака в широком диапазоне изменения параметров частиц.

3.5 Результаты эксперимента.

3.5.1 Исследование основных режимов работы, корреляция с расчетом.

3.5.2 Исследование скачка уплотнения в двухфазных потоках с большой концентрацией жидкой фазы.

3.5.3 Преимущество выбранной схемы смесительного устройства по сравнению с существующими типами.

3.6 Выводы.

4 ИССЛЕДОВАНИЕ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУИ.

4.1 Введение.

4.2 Технология пожаротушения и преимущества повои газодинамической технологии.

4.3 Установка формирования газокапелыюп струи на основе газодинамической технологии.

4.3.1 Описание установки.

4.3.2 Смесительное устройство.

4.3.3 Электронная система сбора данных эксперимента.

4.3.4 Видео система регистрации параметров эксперимента.

4.3.5 Тарировка датчиков давления.

4.4 Теоретические расчеты работы струйной установки.

4.5 Результаты экспериментов.

4.5.1 Определение расхода жидкости.

4.5.2 Определение расхода воздуха.

4.5.3 Обработка результатов эксперимента.

4.5.4 Итоги эксперимента.

4.6 Выводы.

5 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ УСТАНОВКИ НА БАЗЕ ГТД.

5.1 Постановка задачи.

5.2 Схема установки и ее описание.

5.3 Основные уравнения.

5.3.1 Баланс расходов.

5.3.2 Баланс мощностей.

5.3.3 Полное давление в тракте двигателя.

5.3.4 Полное давление в тракте теплообменников (жидкость).

5.3.5 Полное давление в тракте теплообменников (газ).

5.3.6 Полное давление в тракте рабочей воды.

5.3.7 Оценка влияния технологической воды СЖ2.

5.3.8 Уравнение теплового баланса.

5.3.9 Расчет теплообменника ТОб.

5.3.10 Расчет теплообменника ТО а.

5.3.11 Расчет параметров парогазовой смеси.

5.3.12 Расчет теплоемкости смеси сРСШ.

5.3.13 Расчет теплоемкости смеси сгап.

5.3.14 Расчет температуры парообразования воды.

5.3.15 Расчет удельной теплоты парообразования.

5.3.16 Расчет удельной теплоемкости пара.

5.3.17 Оценка эффективности системы.

5.3.18 Расчет параметров, оценивающих эффективность двигателя.

5.3.19 Коэффициенты влияния на режимы работы системы.

5.4 Формулировка задачи на ЭВМ.

5.5 Алгоритм решения задач.

5.5.1 Исходные параметры.

5.5.2 Расчет в 1 -ом приближении.

5.5.3 Детальный расчет. Расчет теплообменников.

5.6 Результаты расчета.

5.7 Обзор по двигателям.

Заключение диссертации по теме «Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов», Истомин, Евгений Андреевич

6 ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведено комплексное теоретическое и экспериментальное исследование авиационного ГТД в системе пожаротушения большой мощности и дальности действия, что позволило:

Предложить устройство формирования дальнобойной газокапельной струи и сформулировать математические модели и рекомендации для его проектирования;

Предложить смесительное устройство, обеспечивающее формирование рабочего тела на входе в сопло, заданной структуры и параметров в определенном диапазоне режимов работы;

Подтвердить возможность создания системы пожаротушения большой мощности и дальности действия на основе разработанных в работе рекомендаций;

Сформулировать рекомендации по выбору схем ГТД на базе конкретных отечественных авиационных двигателей для создания систем пожаротушения большой мощности и дальности действия, в частности наиболее эффективной является схема с одним теплообменником, установленным после вспомогательного компрессора с впрыском жидкости в камеру сгорания;

Полученные результаты по дальности, и структуре газокапельных струи при одинаковых граничных условиях не имеют мировых и отечественных аналогов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Истомин, Евгений Андреевич, 2012 год

1. Абрамович Г. Н. О влиянии примеси твердых частиц или капель на структуру турбулентной газовой струи // Докл. АН СССР, 1970, т. 190, №5, с.1052-1055.

2. Акимов В. М. и др. под редакцией С М Шляхтенко. Теория и расчет воздушно-реактивных двигателей. М.: Машиностроение, 1987г. 568с.

3. Альтшур А. Д. и др. «Гидравлика и аэродинамика». М. Энергия 1965г.

4. Ахманов С.А., Дьяков Ю.Е. Чиркин A.C. Введение в статистическую радиофизику и оптику. М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит. 1981. - 630 с.

5. Бабушка И., Витасек Э., Прагер М. «Численные процессы решения дифференциальных уравнений» М. Мир 1969г.

6. Бакулев В.И. и др.;под редакцией В.А.Сосунова, В.М.Чепкина Теория, расчет и проектирование авиационных двигателей и энергетических установок. М.: МАИ, 2003г. 688с.

7. Белоусов П.П., Белоусов П.Я. Оптический метод исследования газожидкостных потоков в шаровых засыпках // Автометрия. 2003. Т.39. №2. 12-18с.

8. Белоусов П.П., Белоусов П.Я., Дубнищев Ю.Н. Лазерная доплеровская визуализация 3 D поля скоростей // Автометрия. 2001. №5. С. 3-11.

9. Бересневич П.В., Михайлов В.А., Филатов С.С. Аэрология карьеров: Справочник М. : Недра. 1990. - 280с.

10. Бондарюк М. М., Ильяшенко С. М. «Прямоточные воздушно-реактивные двигатели». М. Оборонгиз 1958г. 392 с.

11. Борен К., Хафмен Д. Поглощение и рассеяние света малыми частицами: Пер. с англ. М.: Мир, 1986. - 664 с.

12. Борн М., Вольф Э. Основы оптики: перевод с англ.; под ред. Мотулевича Г.П. -М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит. 1973. 720 с.

13. Ван де Хюлст Г. Рассеяние света малыми частицами: перевод с англ.; под ред. Соболева З.В. М.: Изд-во иностр. лит. 1961. - 536 с.

14. Варгафтик Н. Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы. 1972г.

15. Дейрменджан Д. Рассеяние электромагнитного излучения сферическими полидисперсными частицами: перевод с англ.; под ред. Кондратьева К.Я. М.: Мир. 1971. - 168 с.

16. Дитякин Ю.Ф., Клячко J1.A., Ягодин В.И. и др. Распыливание жидкостей. М.: Машиностроение. 1977. - 208 с.

17. Дубнищев Ю.Н., Ринкевичюс Б.С. Методы лазерной доплеровской анемометрии. М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит. 1982. - 304 с.

18. Дубнищев Ю.Н., Арбузов В.А., Белоусов П.П., Белоусов П.Я. Оптические методы исследования потоков Новосибирск: Изд-во Сиб.унив. 2003. - 418 с.

19. Елисеев Ю.С. и др. Теория и проектирование газотурбинных и комбинированных установок-М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана,2000г. 640с.

20. Зимин Э.П., Кругерский A.M. Экстремальные инварианты малоуглового рассеяния света полидисперсными сферическими частицами // Оптика и спектроскопия. 1979. Т. 46. №4. С. 720 724.

21. Зимин Э.П., Кругерский A.M., Пожарнов В.А. Использование инвариантов малоуглового рассеяния света для диагностики дисперсной фазы газожидкостной смеси // Газотермодинамика многофазных потоков в энергоустановках. ХАИ: Харьков. 1979. Вып. 2. С. 125- 130.

22. Зуев Ю.В., Лепешинский И.А. Математическая модель двухфазной турбулентной струи// МЖГ, 1981. №6.

23. Зуев Ю.В., Лепешинский И.А., Решетников В.А., Истомин Е.А. Выбор критериев и определение их значений для оценки характера взаимодействия фаз в двухфазных турбулентных струях // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. "Машиностроение", 2012, №1, с.42-54.

24. Зуев Ю.В. Влияние граничных условий на характеристики турбулентности двухфазных струйных течений с фазовыми превращениями // Прикладная механика и техническая физика, 2005, т.46, №3, с.29-40.

25. Зуев Ю.В., Лепешинский И.А., Решетников В.А., Истомин Е.А. Особенности двухфазных струй с большой концентрацией дисперсной фазы // Математическое моделирование, 2012, т.24, №1, с. 129-142.

26. Иноземцев H.B. Авиационные газотурбинные двигатели .М.: ГИОП, 1955г.352с.

27. Кириллин В.А. и др. Техническая термодинамика.М.: Энергия, 1968г. 472с.

28. Кулагин И.И. Основы теории авиационных газотурбинных двигателей.М.: ВИМО СССР, 1967г. 327с.

29. Кутателадзе С. С., Боришанский В.М. Справочник по теплопередаче.-Л-М.: ГЭИ, 1959.-414с.

30. Кутателадзе С. С. «Основы теории теплообмена» М. Энергия 1957г.

31. Кучинский А. В., Яковлев А. А. Исследование формирования и распространения газокапельных струй // Отчет о научно исследовательской работе. -М.:МАИ, 1997, 187 с.

32. Лепешинский И. А., Бузов А. А., Новобранцев Ю. М., Федорова Н. М. «Исследование течения двухфазного рабочего тела в соплах» т/о. по теме 0530. М. МАИ 1972г. 165с.

33. Лепешинский И. А., Фёдорова Н. М., Березин В. Г. «Исследование к.п.д. сопла с двухфазным рабочим телом типа жидкость-пар в условиях теплообмена между фазами при наличии скольжения между ними» т/о. по теме 0243 ч. II. М. МАИ 1969г. 119с.

34. Лепешинский И.А. Новая технология получения газокапельных струй и системы пожаротушения на ее основе // Конверсия в машиностроении. 2005. №1-2.

35. Лепешинский И.А. Новая технология пожаротушения. //Аэрокосмический курьер. 1999. №5

36. Лепешинский И.А. Новые технологии пожаротушения и системы для их реализации // 15 научно-практическая конференция «Проблемы горения и тушения пожаров на рубеже веков», Москва, 1999.

37. Лепешинский И.А., Зуев Ю.В., Воронецкий A.B. Особенности распространения газокапельных турбулентных струй с большой концентрацией жидкости // 4 межд. конференция по неравновесным процессам в соплах и струях. Санкт-Петербург, 2002.

38. Лепешинский И.А. Системы пожаротушения большой мощности на основе авиационных газотурбинных двигателей // Международная научно-техническая конференция «Проблемы и перспективы развития двигателестроения». Самара 2003.

39. Лепешинский И.А., Зуев Ю.В., Баранов П.А., Кирдсук С. Двухфазные газодинамические струи большой дальности для систем пожаротушения // XXI международный семинар по струйным, отрывным и нестационарным течениям. Новосибирск, 2007.

40. Лепешинский И.А., Зуев Ю.В., Баранов П.А. О выборе параметров системы пожаротушения большой мощности // XX юбилейный международный семинар «Струйные, нестационарные и отрывные течения». Санкт-Петербург, 2004г.

41. Лепешинский И. А., Истомин Е. А. Теоретическое исследование двухфазных, воздухо-водяных течений в соплах,- М, МАИ 2008г. 276с.

42. Лепешинский И.А. Теоретическое исследование течения в сопле с двухфазным рабочим телом. //ТВТ №3,1974.

43. Лепешинский И.А., Барановский С.И., Тихонов Б.А, Эпштейн В.И. Исследование структуры двухфазного потока в плоском сопле. Сб. Вопросы газотермодинамики энергоустановок.//X, вып. 1, 1974, С. 48-54.

44. Лепешинский И. А., Зуев 10. В. Программа расчета двухфазной струи . М., МАИ, 1983 .

45. Лепешинский И.А, Зуев Ю.В., Баранов П.А. Авиационные ГТД в системе пожаротушения большой мощности. Тезисы доклада XII Всероссийской межвузовской научно-технической конференции. Москва .2004г.

46. Лепешинский И.А. Исследование двухфазных струйных и сопловых течений и применение результатов исследования для создания систем пожаротушения .Тезисы V международной конференции по неравновесным процессам в соплах и струях. Самара, 2004г

47. Лепешинский И.А., Яковлев A.A., Молессон Г.В., Воронецкий A.B. и др. Оптимизация начальных параметров при численных и экспериментальных исследованиях течения в сопле с большой концентрацией дисперсной фазы. Сб. трудов конференции

48. Метод Давыдова (метод крупных частиц) теория и приложения» в рамках конгресса «Актуальные проблемы механики сплошных и сыпучих сред», Москва, Россия, 8-9 февраля 2001.

49. Лепешинский И.А, Зуев Ю.В., Кирдсук С., Истомин Е.А. Газотурбинный двигатель как источник рабочего тела в системе пожаротушения большой мощности и дальности действия.- М.: Вестник МАИ, Т 15,№4, Изд-во МАИ, 2008.-е. 44-49.

50. Лепешинский И.А., Воронецкий A.B., Зуев Ю.В., Онес В.И. Решетников В.А. и др. Экспериментальные и теоретические исследования газокапельных струй с высокой концентрацией жидкости. М. , Математическое моделирование, том 13 №6, 2001, С. 124 -127

51. Лепешинский И.А Газодинамика одно- и двухфазных течений в реактивных двигателях. М.: Издательство МАИ, 2003.- С227-257.

52. Лепешинский И.А. Зуев Ю.В. Истомин Е.А. Вертолетные ГТД в системе пожаротушения большой мощности и дальности действия.//Модернизация и инновации в авиации и космонавтике под редакцией профессора 10. Ю. Коморова. М, МАИ, 2010. -С363-366.

53. Лазерный дифракционный анализатор частиц Analesette 22 Nanotech. Центр коллективного пользования научным оборудованием: http://www.ckp-bsu.ru/lazernyi-difraktcionnyj-analizator-razmera-chastic-analizette-22-nanotech . 2009.

54. Лазерный анализатор Horiba LA-950: http://rvs-ltd.ru/la9501 .2009.

55. Лазерный анализатор Partica LA-950: http://www.rvs-ltd.ru/la950. Прибор внесён в Государственный реестр средств измерений РФ под номером 36017-07.

56. Международный Стандарт ISO 13320-1:1999(Е)

57. Пасконов В.М., Полежаев В.И., Чудов Л.А. Численное моделирование процессов тепло- и массообмена. М.: Наука, 1984,288 с.

58. Раушенбах Б. В. и др. «Физические основы рабочего процесса в камерах сгорания воздушно-реактивных двигателей». М. Машиностроение 1964г.

59. Ринкевичюс Б.С. Лазерная анемометрия. М.: Энергия. 1978. - 159 с.

60. Салтанов Г.А. Сверхзвуковые двухфазные течения. Минск: Высшая школа, 1972.-479 с.

61. О. С. Сергель «Прикладная гидрогазодинамика». М. Машиностроение 1981г.375с.

62. Coy С. «Гидродинамика многофазных систем». М. Мир 1971г. 535с

63. Стрэттон Дж.А. Теория электромагнитизма: перевод с англ. M.-J1.: Гостехиздат. 1949. - 538 с.

64. Тихонов А.И., Гочарский A.B., Степанов В.В., Ягола А.Г. Численные методы решения некорректных задач.- М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1990.

65. Тихонов А.И., Арсенин В.Я. Методы решения некорректных задач. Изд. 2-е. -М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит. 1979. 288 с.

66. Турбулентное смешение газовых струй // Под ред. Г.Н.Абрамовича. М.: Наука, 1974,272 с.

67. Циклаури Г. В., Данилин В. С., Селезнев Л. И. «Адиабатные двухфазные течения». М. Атомиздат 1973г. 447с.

68. Чуйко В. М. Авиадвигателестроение // АССАД. 1999.-300 с.

69. Шифрин К.С, Колмаков И.Б. Влияние ограничения интервала измерения индикатрисы на точность метода малых углов // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1966. №3. С. 851 858.

70. Шифрин К.С. // Труды Всесоюзн. заочн. лесотехнич. ин-та. 1956. Т. 2. С. 153.

71. Энциклопедия. Двигатели 1944-2000. Авиационные, ракетные, морские, промышленные. Авиадвигателестроение // АССАД. 2000.-300 с.

72. Яковлев А. А Численное и экспериментальное исследование течения в сопле двухфазного газокапельного потока с высокой массовой концентрацией жидкости в газе, диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, Москва, 2004г. -С.77-79.