Исследование характеристик камер сгорания газотурбинных двигателей на основе многоуровневого моделирования процессов смешения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Нгуен Тхэ Дат

• Нгуен Тхэ Дат
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Нгуен Тхэ Дат

Условные обозначения

Индексы

Условные сокращения

Введение

Глава 1 Обзор современного состояния исследований по теме диссертационной работы на основе анализа

научно-технической литературы

1.1 Общее представление о рабочем процессе в КС

1.2 Обзор методов численного расчета турбулентных течений

со смешением и горением в КС

1.3 Особенности процессов в закрученном потоке КС ГТД

1.4 Исследование смешения в закрученной струе

1.5 Параметры рабочего тела в КС ГТД

1.6 Экологические характеристики КС ГТД

1.6.1 Образование вредных веществ в КС ГТД

1.6.2 Существующие методики расчета выбросов NOx

на основе эмпирических зависимостей

1.7 Выводы по главе

Глава 2 Исследование процесса смешения в закрученной струе

за фронтовым устройством КС в затопленном пространстве

2.1 Определение интенсивности смешения в закрученной струе

2.2 Аналитическое моделирование процесса смешения

в закрученном потоке

2.3 Численное трехмерное моделирование процесса

смешения в закрученном потоке

2.3.1 Подготовка расчетных моделей

2.3.2 Анализ результатов

2.4 Особенности моделирования процесса смешения

в закрученном потоке при горении

2.5 Выводы по главе

Глава 3 Исследование процесса смешения

в КС ГТД

3.1 Описание экспериментальной установки, методика проведения измерений и обработка экспериментальных данных

3.1.1 Описание экспериментальной установки

3.1.2 Методика проведения измерений

3.1.3 Точность измерений и статистическая обработка экспериментальных данных

3.2 Моделирование процессов смешения в ЖТ КС

3.2.1 Аналитическое моделирование процесса смешения

в ЖТ КС

3.2.2 Численное трехмерное моделирование процесса смешения

в ЖТ КС

3.2.3 Анализ и сопоставление результатов расчета смешения

в КС по разным подходам

3.3 Выводы по главе

Глава 4 Моделирование процессов горения и создание методов

расчета полноты, температуры сгорания,

эмиссии NOx в закрученном потоке

4.1 Расчет полноты сгорания

4.2 Расчет температуры горения в зоне обратных токов

4.3 Расчет эмиссии NOx в зоне обратных поток

4.4 Выводы по главе

Глава 5 Исследование процессов образования NOx на основе

трехмерного моделирования и сопоставление расчетной и

экспериментальной оценки характеристик КС

5.1 Верификация численных моделей для трехмерного расчета КС

5.1.1 Постановка задачи

5.1.2 Анализ результатов расчётов

5.2 Одномерный расчет эмиссии токсичных веществ

на основе теплового механизма в КС

5.2.1 Определение температуры газа в зоне горения в ЖТ

5.2.2 Определение выбросы N0 на основе теплового механизма в КС

5.3 Сопоставление расчетных зависимостей

с экспериментальными данными

5.4 Исследование влияния степени смешения на

выбросы N0 КС

5.4.1 Численный трехмерный расчет характеристик КС

5.4.2 Метод расчета характеристик КС

с учетом смешения

5.4.3 Анализ и сопоставление результатов расчета эмиссии N0 КС различными методами моделирования

на примере КС ПС - 90А

5.5 Выводы по главе

Заключение

Список использованных источников информации

Приложение А

Приложение Б

Условные обозначения:

С - концентрация;

Ср - удельная теплоемкость, [Дж/(кг К)]; Б - диаметр, [м]; Б - относительный диаметр, [м]; й - диаметр отверстии, [м]; Б - коэффициент турбулентной диффузии; Г - площадь сечения, [м2]; Г - относительная площадь; / - функция;

о - массовый расход, [кг/с];

0 - относительный расход, [м];

Ни - низшая теплотворная способность топлива, [Дж/кг]; к - статическая энтальпия;

1 - номер пояса отверстий, номер термопары при замере температуры; /0 - функция Бесселя нулевого порядка;

к - кинетическая энергия турбулентности, [Дж]; Ь - длина, [м]; I - относительная длина;

Ь - стехиометрический коэффициент, кг воздуха/кг топлива;

I - Эйлеров масштаб турбулентности;

/„ - масштаб турбулентности;

/см - лагранжев масштаб турбулентности;

т - коэффициент смешения;

п - количество отверстий в поясе;

Р - статическое давление, [Па];

Р* - полное давление, [Па];

Q - теплота, [Дж]; д - скоростной напор, [Па]; д - относительный скоростной напор; Я - радиус, [м];

т,т* - температура статическая и заторможенная, [К]; г - время, [с];

ито - распространения пламени по молю в начальный момент времени, [м/с];

ин - скорость нормального распространения пламени, [м/с];

V - объем, [м3];

ж - скорость потока, [м/с];

ж' - пульсационная скорость, [м/с];

w - удельная скорость диссипации турбулентности;

х, г - текущая координата по длине или радиусу КС, [м];

а - коэффициент избытка воздуха;

Л, - приведенная скорость потока;

£ - коэффициент гидравлических потерь;

АР - перепад статического давления, [Па];

в - неравномерность температуры на выходе КС;

а - коэффициент сохранения полного давления в КС;

(р - угол закрутки потока, [град.];

11 - коэффициент полноты сгорания топлива;

у - угол подачи струи в сносящий поток, [град.];

р - плотность, [кг/м3];

8 - погрешность измерений, погрешность расчета, [%]; ¡л - коэффициент динамической вязкости; к - масштаб диссипативных вихрей; жк - степень повышения давления компрессора;

£ - интенсивность турбулентности, скорость диссипации кинетической энергии.

Индексы:

В - воздух; ВН - внутренний; ВХ - вход; ВЫХ - выход;

Г - газ (смесь воздуха и продуктов сгорания), топливный газ;

ЖТ - жаровая труба;

ЗАВ - завихритель;

ЗГ - зона горения;

ЗОТ - зона обратных токов;

ИСП - испарение;

К - вход в камеру сгорания;

КК - кольцевой канал;

КР - критическое значение;

КС - камера сгорания;

Л - ламинарный;

М - миделевое сечение;

Н - наружный; нормальный;

О, ОВТ - отверстие;

РАС - расчет;

СР - среднее значение;

СТ - статический;

Т - топливо; турбулентный;

ФР - фронтовое устройство;

ЭКС - эксперимент;

i - пояса отверстий, термопары в гребенке термопар, компоненты продуктов

сгорания, номер временного участка;

МАХ - максимальное значение;

MIN - минимальное значение;

0 - начальное значение;

X - суммарное значение;

* - заторможенные параметры.

Условные сокращения:

БЗ - базовый вариант;

ГТД - газотурбинный двигатель;

ГТУ - газотурбинная установка;

ЖТ - жаровая труба;

ЗОТ - зона обратных токов;

КК - кольцевой канал;

КС - камера сгорания;

ТВС - топливовоздушная смесь;

ФУ - фронтовое устройство;

ЧПУ - числовое программное управление;

ЭВМ - электровычислительная машина;

CFD (Computational Fluid Dynamics) - вычислительная газовая динамика; DES (Detached Eddy Simulation) - моделирование отсоединенных вихрей; DNS (Direct Numerical Simulation) -прямое численное моделирование; DO (Discrete Ordinates) -модель дискретного ордината; ED (Eddy Dissipation) - модель распада турбулентного вихря; ED/FR (Eddy Dissipation/Finite Rate) - комбинированная модель; FR (Finite Rate) - модель химии с конечной скоростью;

ICAO (International Civil Aviation Organization) - Международная организация гражданской авиации (ИКАО);

LDI (Lean Direct Injection) - непосредственный впрыск топлива в камеру сгорания и сжигание бедной смеси;

LES (Large Eddy Simulation) - моделирование крупных вихрей; LF (Laminar Flamelet) - модель ламинарных микропламён; LPP (Lean Premixed Prevaporized) - концепция сжигания бедной предварительно перемешанной и испарённой смеси;

RANS (Reynolds-averaged Navier-Stokes) - осреднённые по Рейнольдсу уравнения Навье-Стокса;

RNG (Renormalization Group model) - ренормализационная модель; RQL (Rich Pilot Lean) - концепция сжигания, предполагающая сжигания богатой смеси, быстрое разбавление и горение бедной смеси; RSM (Reynolds Stress Modeling) - модель Рейнольдсовых напряжений; SAS (Scale-Adaptive Simulation) - моделирование с адаптивными масштабами; SST (Shear Stress Transport) - модель переноса касательных напряжений; TAPS (Twin Annular Premixed Swirler) - фрорнтовое устройство с двойным завихрителем и предварительным перемешиванием топлива.

Введение

Проблема снижения вредных выбросов при разработке новых малотоксичных газотурбинных двигателей (ГТД) требует качественного изменения в конструкции основного источника образования загрязняющих веществ в качестве которого выступает камера сгорания. В основном, оптимизированную конструкцию камеры сгорания получают путем экспериментальных доводочных работ. Возможно сочетание использование экспериментальных работ с трехмерным моделированием процессов газодинамики и процессов горения. В общем случае, создание низкоэмиссионной камеры сгорания является трудоемкой задачей, сочетающей в себе теоретические исследования и экспериментальные работы по ее доводке. Таким образом, снижение вредных выбросов ГТД напрямую связано с разработкой перспективных и доработкой существующих КС с целью обеспечения ими уровня выброса токсичных веществ в пределах существующих нормативов [33]. Выполнение этой работы невозможно без применения современных расчётных методик, в том числе, и с использованием трехмерных моделей расчета КС. Для создания методов снижения вредных выбросов нужно знать, прежде всего, законы их образования в процессе горения топлива в воздухе, а в конкретной конструкции КС, кроме того, знать условия сжигания топлива в жаровой трубе (ЖТ).

Теоретическими и практическими вопросами горения в области создания камер сгорания многие годы занимались различного уровня специалисты, это и конструкторы и ученные занимающиеся теорией и практикой вопроса. В разработку современных методов расчета характеристик горения в КС значительный вклад внесли Я.Б. Зельдович, Г.Н. Абрамович, А. Лефевр, А. Гупта, К.И. Щелкин, Н.А. Чигир, А.В. Талантов, а также Ш.А. Пиралишвили, Б.Г. Мингазов, В.А. Щукин, Ю.Г. Куценко и др. Несмотря на многочисленные исследования в данной области, до сих пор существуют проблемы в разработке

доступных в инженерных расчетах методик определения полноты, температуры сгорания и выбросов вредных веществ в КС в процессе их проектирования и доводки.

В связи с этим, в данной работе проведены исследования основных характеристик КС на основе многоуровневого моделирования процессов смешения в ЖТ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование характеристик камер сгорания газотурбинных двигателей на основе многоуровневого моделирования процессов смешения»

Актуальность темы исследования.

КС является основным узлом ГТД, определяющим его основные, в том числе, экологические, характеристики. Традиционные методы проектирования и доводки КС уже являются недостаточными, поэтому в последние годы стали широко применяться различные методы автоматизированного проектирования. Автоматизация проектирования и доводки двигателя невозможна без формализованного описания, т.е. моделирования различных процессов, протекающих в отдельных его узлах, что, в свою очередь, требует пристального изучения всех явлений, обусловливающих эти процессы. Для понимания физических основ процессов горения и успешного применения их на практике необходимо рассмотрение основ химической кинетики, распространения пламени в потоке, закономерностей протекания основных характеристик КС и возможности их моделирования. Развитие общей теории может привести в перспективе к достаточно адекватным моделям, которые позволят конструкторам решать стоящие перед ними текущие задачи, однако ясно, что полученные на основе оценок рекомендации при создании КС необходимо оптимизировать с использованием экспериментальных испытаний. Таким образом, разработка новых методик определения основных характеристик, в том числе, эмиссии вредных веществ, является весьма актуальной задачей, требующей неотложного решения.

Цель диссертационной работы.

Исследование и разработка методик расчета полноты, температуры сгорания и эмиссии NOx на основе многоуровневого моделирования процессов смешения в КС ГТД.

Задачи исследования:

1. Создать экспериментальные установки для изучения процессов смешения в ЖТ.

2. Разработать физико-математическую модель, описывающую взаимодействие струй с закрученным потоком и процессов смешения за ними.

3. Создать модель сгорания смеси в КС на основе теории турбулентного горения.

4. Создать методики расчета полноты, температуры сгорания и выделения оксидов азота на основе моделей смешения струй в условиях ЖТ КС.

5. Сравнить результаты разработанных методов расчета с данными 3D моделирования в среде ANSYS FLUENT.

Научная новизна:

1. Новые экспериментальные данные по влиянию конструкции ЖТ на процесс смешения в КС.

2. Получены аналитические зависимости для расчета процесса смешения потоков в КС.

3. Разработан новый метод расчета полноты сгорания в зоне обратных токов (ЗОТ) закрученной струи на основе теории поверхностного распространения пламени в турбулентном.

4. Создан метод расчета эмиссии NOx с учетом влияния смешения в зоне горения за закрученной струей.

5. Проведено сопоставление и идентификация результатов экспериментального и аналитического расчетов характеристик КС с результатами 3D моделирования.

Теоретическая и практическая значимость работы:

1. Теоретические и экспериментальные исследования позволяют создать практические методы оценки характеристик КС.

2. Разработанная модель смешения струй в ЖТ, создает основу для выявления влияния конструктивных параметров ЖТ на параметры горения в закрученном потоке, с учетом расчёта полноты и температуры горения, эмиссии NOx.

Достоверность результатов и обоснованность принятых решений. Достоверность результатов достигается путем применения метрологически тарированных приборов с высокой степенью точности, методов измерения и обработки экспериментальных данных. Полученные результаты не противоречат опубликованным работам других авторов. Численные расчеты проведены с использованием лицензионного программного комплекса ANSYS FLUENT 19.2 академическая версия. Полученные результаты удовлетворительно согласуются с результатами, полученными в ходе проведения экспериментальных работ.

Апробация работы. Диссертационная работа, отдельные ее разделы и результаты докладывались и обсуждались:

1. На XXVIII Международном научном семинаре «Проблемы моделирования и динамики сложных междисциплинарных систем». Тематическая сессия «Авиация и космонавтика: фундаментальные научные и прикладные аспекты». Казань, КНИТУ - КАИ, 2016г.

2. На Международной молодежной научной конференции «XXIII Тупо-левские чтения (школа молодых ученых)». Казань, КНИТУ - КАИ, 2017г.

3. На Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. «Новые технологии, материалы и оборудование Российской авиакосмической отрасли». (АКТО - 2018), Казань, КНИТУ - КАИ, 2018г.

4. На Всероссийской научно-технической конференции молодых ученых и специалистов «Авиационная двигатели и силовые установки». Москва, ЦИАМ, 2019г.

5. На XI Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Процессы горения, теплообмена и экология тепловых двигателей». Самара, СНИУ, 2019г.

6. На Седьмой Всероссийской конференции с международным участием «Тепломассообмен и гидродинамика в закрученных потоках». Рыбинск, РГАТУ, 2019г.

7. На Международной молодежной научной конференции «XXIV Тупо-левские чтения (школа молодых ученых)». Казань, КНИТУ - КАИ, 2019г.

8. На X Всероссийской научно-технической конференции молодых специалистов. Уфа, ОДК - УМПО, 2019г.

9. На научно-технической конференции «Климовские чтения - 2020»: перспективные направления развития авиадвигателестроения. Санкт-Петербург, ОДК - Климов, 2020г.

Внедрение результатов исследований. Результаты работы внедрены (см. приложение А) в учебный и научно-исследовательский процесс КНИТУ - КАИ. Внедрение результатов тарирования терморезисторов (см. приложение Б).

Личный вклад автора. На основе рассмотрения процессов смешения в ЖТ, получены аналитические зависимости полноты, температуры сгорания и выбросов NOх с учетом влияния смешения. Применение численного моделирования смешения в закрученной струе и их сопоставление с полученными экспериментальными данными.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 работ, из них 4 статьи изданы в журналах, рекомендованных ВАК РФ, 1 статья в изданиях Scopus и 10 тезисов и материалов докладов на международных и Всероссийских научно-технических конференциях.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка использованных источников информации и приложений. Диссертация выполнена на 163 страницах текста, содержит 63 рисунков и 4 таблицы.

Глава 1 Обзор современного состояния исследований по теме диссертационной работы на основе анализа научно-технической литературы

1.1 Общее представление о рабочем процессе в КС

КС является наиболее ответственным узлом ГТД и должна удовлетворять широкому диапазону требований, которые могут быть перечислены следующим образом [63, 93]:

1. высокая эффективность сгорания, то есть все топливо должно прореагировать, и вся его химическая энергия должна выделиться в виде тепла;

2. надежное и плавное зажигание, как на земле (особенно при очень низких температурах окружающей среды), так и в условиях воспламенения на большой высоте;

3. пределы стабильности горения в широких диапазонах давления и соотношений воздух / топливо;

4. низкие потери давления;

5. равномерное распределение полей температуры на выходе, для увеличения срока службы направляющих и рабочих лопаток турбины;

6. низкие выбросы дыма и газообразных загрязняющих веществ;

7. отсутствие пульсаций давления и других проявлений нестабильности, вызванной горением;

8. оптимальные размеры и форма совместимые с двигателем;

9. минимальная стоимость и технологичность производства;

10. долговечность и ремонтопригодность;

11. возможность использования нескольких видов топлива на основе нефти, синтетики и биомассы.

Для авиационных двигателей важны размеры и вес, тогда как для промышленных двигателей большое внимание уделяется на другие факторы, такие, как длительный срок эксплуатации и способность работать на нескольких

видах топлива. Для всех типов двигателей первостепенное значение имеют требования низкого расхода топлива и низких выбросов вредных веществ.

Сложность рабочего процесса в КС ГТД объясняется разнообразием взаимосвязанных физико-химических процессов, протекающих одновременно в небольшом объёме. Основными составляющими рабочего процесса КС являются: аэродинамика потоков газа, подача топлива, его испарение и смешение с воздухом, воспламенение и горение смеси, стабилизация пламени, тепло- и массообмен.

За длительное время создания КС (период второй половины прошлого века) выработалась традиционная схема организации рабочего процесса и конструкции КС, которая состоит из корпуса, диффузора, ЖТ с отверстиями подвода воздуха, фронтового устройства (ФУ) с завихрителем и топливной форсункой (см. рис. 1.1). Здесь приведена расчетная картина течения и распределения зон в современной КС перспективного ГТД.

Лопаточный

Корпус

завихритель

труба

Рисунок 1.1 - Элементы КС

Из приведённых на рис. 1.2 картин трехмерных расчетов видно, что воздух, поступающий к КС от компрессора имеет значительные скорости ((150 -

200) м/с и более). Перед ФУ ЖТ располагается диффузор, снижающий скорость воздушного потока: для авиационных ГТД до (65 - 90) м/с и до (45 - 60) м/с в стационарных ГТУ.

Рисунок 1.2 - Линия тока в КС по скорости

Одновременно с созданием циркуляционного течения за ФУ происходит распыливание топлива и образование первичной топливовоздушной смеси (ТВС). Каплеобразное топливо по мере продвижения в область ЖТ нагревается и испаряется, образуя тем самым область ТВС с определённым распределением концентраций [7, 8].

В этих условиях капли топлива, движущиеся по баллистическим траекториям, внедряются в основной поток и уносятся, минуя зону циркуляции к пристеночной зоне. В то же время, более мелкие капли и пары, попавшие в зону рециркуляции, будут циркулировать вместе с потоком в этой зоне и постепенно обмениваться веществом и теплом с активным потоком.

С инженерной точки зрения, в КС ГТД необходимо организовать процесс сжигания топлива в стационарном потоке воздуха, выходящего из ком-

прессора. Для КС ГТД обычно известны (или заданы) термодинамические параметры потока (температура и давление) на входе и выходе из КС, например, из термогазодинамического расчета конкретного типа двигателя.

В условиях эксплуатации двигатель работает на различных режимах и на различных высотах и скоростях полета самолета. В соответствии с этим, изменяются как параметры воздуха на входе в КС, так и коэффициент избытка воздуха. Наиболее существенное изменение т*, Р* и акс. Для ГТД гражданской авиации с дозвуковыми скоростями полета происходит с изменением режима работы двигателя и высоты полета. Согласно работам [42, 76], для двигателей пассажирских самолетов, летающих на дозвуковых скоростях и высотах полета не менее 2 км, характерны следующие изменения параметров на входе в КС в условиях эксплуатации стационарных режимах:

- температура воздуха на входе в КС, примерно (1,5 - 2,0) раза;

- давление воздуха, примерно (10 - 20) раз;

- коэффициент избытка воздуха, примерно (2,0 - 2,5) раза. Следует заметить, что на взлетном режиме работы двигателя реализуются максимальные значения температуры и давления воздуха на входе в КС и практически минимальное значение коэффициента избытка воздуха [78].

Перспективные ГТД работают с лк = (40 - 60) и температурами воздуха на входе до 970 К, с суммарными коэффициентами избытка воздуха до 2,0 и менее, в отличие от стандартных 3,0 и более, что говорит о уменьшении расхода воздуха подаваемого на охлаждение камеры.

1.2 Обзор методов численного расчета турбулентных течений со смешением и горением в КС

Для более полного представления о процессах, происходящих в закрученном потоке, и также в КС, в работах [26, 53, 103] проведены численные

расчеты имитирующие экспериментальное исследование. С появлением быстродействующих ЭВМ и развитием численных методов стало возможным применять третий подход - вычислительный эксперимент. В последние годы сформировалось и получило интенсивное развитие новое научное направление - исследование физических процессов численным методами, или ОБО, а сочетание экспериментального и численного подходов привело к значительному прогрессу в области понимания проблем интерференции. На рис. 1.3 показаны этапы решения физических процессов.

1. Исходные размеры модели

1

2. Построение расчетной модели

1

3. Разбиение модели на конечные элементы

1

4. Создание границ модели

1

Рисунок 1.3 - Этапы моделирования физических процессов

Обзор методов расчета турбулентных течений. Описание движение жидкостей и газов производится на основании известной системы уравнений На-вье-Стокса. Система включает в себя уравнения сохранения массы (1.1), количества движения (1.2) и энергии (1.3) [26]:

I И- <и>

дР( \ д i \ др dt'J о /1 ОЧ

-(РЩ ) +—(р,Чщ ) = -— + — + s„, (1.2)

1 1

f (р )+±(Ph h-^frj)+s,, (1.3)

1 j 1

где щ - компоненты вектора скорости в направления хг; Р - статическое давление, к - статическая энтальпия; г.. - тензор вязких напряжений, член qJ отвечает за перенос энергии посредством теплопроводности; , ^, ^ - источ-никовые члены.

Тензор вязких напряжений т] и qj выражаются через градиенты скорости и температуры:

Tj =И

дщ duj

дх,. дх V J 1 J

-2Рт-Ъ. (1.4)

3 дх 1

В настоящее время существует четыре подхода к моделированию турбулентных потоков: прямое численное моделирование (DNS); метод крупных

вихрей (LES); решение осредненных по времени уравнений Навье-Стокса (RANS); гибридные методы, сочетающие LES и RANS подходы, например, моделирование отсоединенных вихрей (DES), моделирование с адаптивными масштабами (SAS) (см. рис. 1.4).

Рисунок 1.4 - Схема методов расчета турбулентных течений

1. DNS метод в основном используются в исследовательских проектах, когда методами экспериментального измерения невозможно добиться результатов. Осреднение уравнений для этого метода не требуется. Поэтому метод в состоянии обеспечить полное разрешение структуры потока. В этом методе разрешаются все масштабы от энергосодержащих до диссипативных. Ничего моделировать не нужно. Однако, применение этого метода затруднено потреб-

ностью в очень больших вычислительных ресурсах. Оценка размера сетки, которая потребуется для метода DNS при числе Re = 104. Отметим, что это не очень высокое значение, с практической точки зрения. В проточной части авиадвигателей и энергоустановок обычно числа Re на (1 - 2) порядка выше. Предположим, что для разрешения картины течения в вихре диссипативного масштаба нам нужно 10 ячеек по каждому координатному направлению, т.е. всего 103 ячеек. Используя соотношение между диссипативными и энергосо-держащими масштабами, мы получаем оценку сколько диссипативных вихрей поместиться в поле течения вдоль одной координаты [55]:

L = Re34 =(104f4 = 103, (1.6)

к v '

где L - характерный размер течения (например: диаметр трубы, хорда профиля и т.д.); к - масштаб диссипативных вихрей.

Возводя в степень 3, получаем оценку числа диссипативных вихрей в поле течения, а умножив на число ячеек, необходимых для разрешения 1 вихря находим число ячеек сетки, необходимое для метода DNS. Это будет

((l03 j -103 = 1012 j. Для решения такой задачи потребуется высокопроизводительный суперкомпьютер. Это ограничивает применение метода DNS для решения задач с сложными геометрическими моделями.

2. LES обеспечивает частичное разрешение вихрей. Метод LES основан на уравнениях, полученных посредством процедуры фильтрации уравнений Навье-Стокса. Это способ осреднения уравнений Навье-Стокса, позволяющий отличать крупные вихри от мелких. Размер фильтра определяет размер ячейки сетки и так называемые подсеточные масштабы. На практике роль фильтра играет размер ячейки. Вихри размером меньше размера ячейки, подсеточные масштабы, должны моделироваться.

3. RANS подход основан на использовании уравнений Рейнольдса. Это означает, что в результате расчетов мы будем получать только картину осред-ненного течения. Никакие вихри этим методом не могут быть разрешены, т.к. все структуры, как крупные, так и мелкие моделируются. Преимуществом такого подхода является относительно небольшая потребность в вычислительных ресурсах, т.к. нет необходимости в вычислении нестационарных процессов, а в некоторых случаях возможно упрощение до 2D. Простота обработки полученных результатов, задания граничных условий и невысокие требования к точности разностных схем. К недостаткам этого подхода следует отнести не универсальность моделей турбулентности, заметное снижение точности прогноза при наличии обширных отрывных зон, в закрученных потоках, и т.д. Это привело к созданию огромного количества различных моделей турбулентности. Однако, несмотря на все недостатки, именно RANS методы являются основным инструментом в настоящее время и, скорее всего, еще достаточно таковым останутся.

4. Гибридные методы. Общая концепция, лежащая в основе гибридных моделей, состоит в попытке построения комбинированных моделей, которые функционировали бы как RANS в одних и, как LES в других областях потока. Как уже отмечалось, RANS модели не способны обеспечить приемлемую для практики точность расчета течений с обширными отрывными зонами, а LES требует чрезмерно больших вычислительных затрат, львиная доля которых связана с расчетом пристеночной части присоединенных пограничных слоев, населенных вихрями малых размеров. Поэтому были разработаны модели, которые функционировали бы, как RANS в области присоединенного пристеночного пограничного слоя, то есть в области, где RANS обеспечивает вполне приемлемую точность, и как LES в отрывных областях потока, где его использование не требует чрезмерно мелких сеток. При этом граница между областями RANS и LES определяется в процессе расчета автоматически и зависит от шагов используемой вычислительной сетки, от расстояния от рассматриваемой точки потока до обтекаемой поверхности и, вообще говоря, от

локальных параметров потока. Первый гибридный методом был метод DES, предложенный в качестве альтернативы RANS и LES методам. Гибридные методы имеют право подчеркнуть их достаточно высокий потенциал. Поэтому с развитием вычислительной техники они, по-видимому, будут постепенно вытеснять методы расчета турбулентных течений, базирующиеся на RANS моделировании.

Качество сеточных элементов. Важным фактором, с точки зрения адекватности получаемых результатов, является выбор сетки. Для того, чтобы обеспечить разрешение ламинарного подслоя при расчетах турбулентных течений, необходимо построить сетку с такой пристеночной ячейкой, которая будет обеспечивать величину y+ « 1, который определяется по формуле:

, (1.7)

M

где у - расстояние от стенки центра пристеночной ячейки, р - плотность, л - коэффициент динамической вязкости, - динамическая скорость:

Wr=rw, (1.8)

здесь г - напряжения трения на стенке.

По заданной величине у+ из формулы (1.7) можем найти центр пристеночной ячейки у:

M'y+

y = . (1.9)

Высоту ячейки находим, умножив y на 2:

ДУ. = 2у . (1.10)

Для определения динамической скорости необходимо знать напряжения трения на стенке. Напряжения трения можно определить по эмпирическим уравнениям, известным для разных типов течений, например, для течения в канале коэффициент трения можно определить по формуле:

С = 0,079Яе~0'25. (1.11)

Зная число Рейнольдса рассчитываем коэффициент трения, затем напряжения трения:

=1 CfpW2m , (1.12)

где w - среднерасходная скорость потока, м/с.

Модели горения.

Для реализации сопоставительного анализа моделей горения были выбраны: основанная на распаде турбулентного вихря Eddy Dissipation (ED); модель химии с конечной скоростью Finite-Rate (FR); комбинированная Finite-Rate/Eddy Dissipation (ED/FR); модель ламинарных микропламён для непере-мешанной смеси Flamelet (LF), где в качестве набора химических реакций для окисления керосина использовался химический механизм Jet-A (17 компонентов смеси: H2, H, O, O2, OH, HO2, C, CH, CO, CO2, C2H2, C12H23, N, NH, NO, H2O, N2 и 28 химических реакций их взаимодействия) [6, 79, 101].

В модели ED предполагается, что все, что перемешалось, то сжигается, в виду того, что у этой модели скорость химической реакции отдельных реагентов выше, чем скорость их смешения. Поэтому для этой модели существует

связь скорости реакции с временем смешения, которая имеет зависимость от турбулентных параметров кинетической энергии турбулентного потока и обратно пропорциональна времени распада вихря (диссипации энергии). В модели FR скорость реакции определяется по теории, предложенной Аррениу-сом. Скорость реакции для модели ED/FR определяется, как минимальная, рассчитаная по модели ED или FR. Модель тонкого ламинарного фронта пламени LF предполагает решение неравновесной версии классической задачи «Бурке-Шумана».

Модели излучения.

При расчете процессов горения в области ЖТ необходимо учитывать лучистый теплообмен. В настоящее время по литературным источникам существует много публикаций на тему влияния лучистого теплообмена на физико-химические процессы в ЖТ.

В основном, такая задача сводится к определению величины источнико-вого члена в уравнении энергии (1.3), и определение радиационного влияния на тепловое состояние стенок ЖТ:

д ( ч dP д / д ( dT p dh Л п

x{ph)~xp+x- (puh>xx: | - ppx- Лs-+9 ■ (U3)

где p - плотность, u - компонента вектора скорости, h - энтальпия, p - давление, Т - температура, я - коэффициент теплопроводности, p - молекулярная вязкость, Pr - число Прандтля, scomb - источниковый член, обусловленный выделением тепла при процессе горения, 9 - радиационный источниковый член.

Существуют следующие методы расчётов: модель Р1 использует приближение Росселанда, Монте-Карло и модель дискретных ординат.

По известным данным [26, 67, 79, 85, 109, 110] описано хорошее соответствие расчетов с экспериментальными исследованиями при использовании модели дискретных ординат.

Такая применима для оптических сред с различной проницаемостью в области сложной геометрии.

Сопряжённый теплообмен.

По сведениям источника, [4] и [26] для расчетов в условиях КС необходимо учитывать теплообмен между продуктами горения и стенками ЖТ.

Теплообмен через стенку рассчитывается с учетом тепловых параметров потока газа (1.3), теплопередача через стенку ЖТ по (1.14) и их сопряжение (1.15):

d{pscsT )= g gt dx

dx.

(1.14)

i V i J

где т - температура материала стенки, р - плотность материала стенки, - теплопроводность материала стенки, ^ - удельная теплоемкость материала стенки.

Сопряжение уравнений (1.3) и (1.14) проводится с учетом условия равенства температуры стенки и газа, а также равенства тепловых потоков стенки и газа на границе раздела:

[TI =[т ]f [qI =[ q ] f

(1.15)

где s - твёрдое тело, f - текучая среда.

Методики расчета реализованы в программном комплексе ANSYS FLUENT.

1.3 Особенности процессов в закрученном потоке КС ГТД

Процессы сгорания в основных КС, помимо гидродинамических и кинетических факторов, в значительной степени зависят от процессов подготовки смеси, т.е. от размеров и распределения капель, степени испарения топлива, его смешения с воздухом и распределения местных коэффициентов избытка воздуха в объеме ЖТ.

Процессы смесеобразования в первичной зоне не только влияют на стабилизацию пламени, но и предопределяют ход выгорания смеси и формирование полей температур на выходе из КС. Поэтому правильная организация процесса смесеобразования за ФУ и выявление определяющих факторов имеет в исследованиях первостепенное значение. За время длительного процесса проектирования КС сформировался традиционный облик КС ГТД с закрученным потоком за ФУ, представленной на рис. 1.5, где с помощью трехмерного моделирования представлена картина распределения характерных зон, присущих для КС, а также температурных полей течения в них.

Основной вклад в процесс смешения в ЖТ вносит взаимодействие струй от отверстий и закрученного потока фронта. Смешение струй в КС протекает вследствие турбулентного взаимодействия, при этом струи, втекающие в область горения, образуют «загромождающую стенку», так называемый аэродинамический экран и препятствуют прохождению горячих газов к выходу из КС [41].

Современные КС проектируются с минимизацией подвода вторичного воздуха для охлаждения ЖТ. Основной поток воздуха проходит через фронтовое устройство КС, поэтому изучение процессов смешения в области ФУ определяет практически все проходящие процессы в КС.

Необходимо отметить, что основное влияние на процессы в области ФУ является ЗОТ. Она ответственна на стабилизацию пламени, температуру горения, эмиссию N0 и др. Необходимо исследование области ЗОТ с учетом эжек-ции вторичного воздуха.

Рисунок 1.5 - Модель воздушного и газового потока в КС

В сильно закрученной струи образуется ЗОТ с течением в осевой области струи, направленное навстречу основному потоку. Эта область ограничена поверхностью с нулевой осевой скоростью. Массовый расход обратного тока в любом сечении ЗОТ определяется по полю осевой скорости в ЗОТ, согласно выражению:

Я-зот

Оэот = 2жр | • г ёг , (1.16)

0

где дзог - радиус границы обратного тока в каком-либо сечении.

Длина ЗОТ ьзот определяется как расстояние, измеряемое по оси от устья канала до точки, где кривая границы ЗОТ пересекает ось струи (см. рис.

1.6). Диаметр ЗОТ взот измеряется в плоскости, приведенной нормально к оси струи. Величины ьзот и Бют выражаются в относительных единицах, обычно в долях диаметра цилиндрического канала.

Уе!осИу МадпИис)е

Рисунок 1.6 - Характерная картина КС с размерами ЗОТ

Многочисленные исследования газодинамики течения в ЖТ, проведенные в работах [35], позволили получить зависимости размеров ЗОТ от геометрических и газодинамических факторов. На рис. 1.7-а) приведена зависимость

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Нгуен Тхэ Дат, 2021 год

Список использованных источников информации

1. Абрамович, Г.Н. Прикладная газовая динамика / Г.Н. Абрамович. -Издание 4-е, Исправленное и дополненное. Москва: Наука. - 1976. - 888 с.

2. Абрамович, Г.Н. Турбулентное смешение газовых струй / Г.Н. Абрамович. М.: Наука. - 1974. - 272 с.

3. Анисимов, М.Ю. Создание конечно-элементной сетки цилиндро-поршневой группы ДВС: [Электронный ресурс]: электрон. учеб. пособие / М. Ю. Анисимов, В. В. Бирюк, А. А. Горшкалёв, С. С. Каюков, Д. А. Угланов; М-во образования и науки РФ, Самар. гос. аэрокосм. ун-т им. С. П. Королева (нац. исслед. ун-т). - Электрон. текстовые и граф. дан. (1,87 Мбайт). Самара. - 2013. - 1 эл. опт. диск (CD-ROM).

4. Анисимов, В.М. Расчётная оценка теплового и напряжённо-деформированного состояния стенок жаровой трубы кольцевой камеры сгорания [Текст] / В.М. Анисимов, М.Ю. Орлов, И.А. Зубрилин // Вестник Московского авиационного института. Москва. - 2016. - Т.23. №3.

5. Ахмедов, Р.Б. Аэродинамика закрученных струи / Р.Б. Ахмедов, Т.Б. Балагула, Ф.К. Рашидов, А.Ю. Сакаев. Издательство <<Энергия>>, Москва. -1977. - 240 с.

6. Варнатц, Ю. Горение. Физические и химические аспекты, моделирование, эксперименты, образование загрязняющих веществ / Ю. Варнатц, У. Маас, Р. Диббл. пер. с анл. Г.Л. Агафонова под ред. П.А. Власова. - М.: ФИЗ-МАТЛИТ. - 2003. - 352 с.

7. Васильев, А.Ю. Экспериментальные исследования распыливания жидкости модельными фронтовыми устройствами камер сгорания [Текст] / А.Ю. Васильев, А.А. Свириденков, В.В. Третьяков // Вестник самарского государственного аэрокосмического университета им. С. П. Королева (нац. исслед. ун-т), Самара. - 2011. - №5(29). - С. 55 - 64.

8. Васильев, А.Ю. К проектированию пневматических форсунок для малоэмиссионных камер сгорания [Текст]/ А.Ю. Васильев // Проблемы и перспективы развития авиации, наземного транспорта и энергетики «АНТЭ-2009»: материалы V Всерос. науч.-техн. конф. 12-13 октября 2009 г. - Казань: Изд-во Казанского государственного технического университета, 2009. - Т.1-С. 155 - 161.

9. Вафин, И.И. Моделирование процесса смешения в камерах сгорания / И.И. Вафин, Б.Г. Мингазов // Вестник Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева. - 2014. - №2. - C. 29 - 32.

10. Григорьев, А.В. Теория камеры сгорания [Текст] / А.В. Григорьев, В.А. Митрофанов, О.А. Рудаков, Н.Д. Саливон - СПб: Наука. - 2010. - 228 с.

11. Груздев, В.Н. Методика расчета интегральной полноты сгорания топлива в камере прямоточного типа [Текст] / В. Н. Груздев // Рабочие процессы в камерах сгорания воздушно-реактивных двигателей: Межвузовский сборник. - 1987. - С. 18 - 28.

12. Грязнова, И.Ю. Экспериментальные исследования закономерностей обтекания цилиндра и крыла воздушным потоком на аэростенде ТМЖ-1М. / И.Ю. Грязнова, А.И. Мартьянов. Электронное учебно-методическое пособие.

- Нижний Новгород: Нижегородский госуниверситет. - 2012. - 60 с.

13. Гупта, А. Закрученные потоки: учеб. / А. Гупта, Д. Лилли, Н. Сайред. Пер. с английского языка. Издательство Мир. Москва. - 1987. - 588 с.

14. Дорошенко, В.Е. О процессе горения в камере газотурбинного двигателя / В.Е. Дорошенко // Третье всесоюзное совещание по теории горения. М.: АН СССР. - 1960. - Т. 2. - С. 262 - 269.

15. Зельдович, Я.Б. К теории теплонапряженности протекания изотермической реакции в струе / Я.Б. Зельдович // Журн. техн. физики. - 1941. - Т. 11.

- С. 493 - 500.

16. Зуев, В.С., Камеры сгорания воздушно - реактивных двигателей: учеб. пособие / В.С. Зуев, Л.С. Скубачевский. - М.: Оборонгиз. - 1958. - 214 с.

17. Ильяшенко, С.М., Теория и расчет прямоточных камер сгорания: Учебное пособие / С.М. Ильяшенко, А.В. Талантов. М.: Машиностроение. -1964. - 306 с.

18. Иноземцев, А.А. Авиационный двигателей ПС - 90А / А.А. Иноземцев, Е.А. Коняев, В.В. Медведев, А.В. Нерадько, А.Е. Ряссов. - М.: Либра-К. -2007. - 320 с.

19. Калашников, В.Н.О возвратном течении закрученной жидкости в трубе / В.Н. Калашников, Ю. Д. Райский, Л. Е.Тульский // Изв. АН СССР. Механика жидкости газа. - 1970. - №1. - С. 185 - 187.

20. Канило, П.М. Энергетические и экологические характеристики ГТД при использовании углеводородных топлив и водорода / П.М. Канило, А.Н. Подгорный, В.А. Христич. - Киев: Наукова думка. - 1987. - 224 с.

21. Карышев, Ю.Д. Газовые вихревые элементы. / Ю.Д. Карышев. - Самара: СамИИТ. - 2001. - 157 с.

22. Костерин, В.А. Стабилизация пламени на струях и некоторые вопросы интенсификации горения смеси в потоке / В.А. Костерин, Л.А. Дудин и другие // Труды КАИ. - 1969. - С. 422 - 431.

23. Крашенинников, С.Ю. Исследование затопленной воздушной струи при высокой интенсивности закрутки / С.Ю. Крашенинников // Изв. АН СССР. Механика жидкости газа. - 1971. - №6. - С. 148 - 154.

24. Кружков, В.Н. Закономерности образования оксидов азота в камере сгорания ГТД с двухстадийной организацией горения / В.Н. Кружков, Д.Л. Ла-зунов // Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. - 2004. - Т. 5, № 1(9). - С. 69 - 74.

25. Кутателадзе, С.С. Аэродинамика и тепломассобмен в ограниченных вихревых потоках / С.С. Кутателадзе, Э.П. Волчков, В.И. Терехов. - Новосибирск: Изд. Ин-та теплофизики СО АН СССР. - 1987. - 282 с.

26. Куценко, Ю.Г. Численные методы оценки эмиссионных характеристик камер сгорания газотурбинных двигателей / Ю.Г. Куценко. - Екатерен-бург-Пермь: УрО РАН. - 2006. - 140 с.

27. Куценко, Ю.Г. Применение численных методов газовой динамики для расчета камеры сгорания газотурбинного двигателя ПС - 90А / Ю.Г. Куценко // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. - 2004. -№3. - C. 67 - 71.

28. Лефевр, А.Х. Процессы в камерах сгорания ГТД / А.Х. Лефевр. - Пер. с англ. М.: Мир. - 1986. - 566 с.

29. Лукачев, С.В. Образование и выгорание бенз(а)пирена при сжигании углеводородных топлив [Текст] / С.В. Лукачев, А.А. Горбатко, С.Г. Матвеев. - М.: Машиностроение. - 1999. - 153 с.

30. Льюис, Б. Аэродинамика больших скоростей и реактивная техника / Б. Льюис, Р.Н. Пиз, Х.С. Тейлор. - М.: Физматгиз. - 1961. - 542 с.

31. Маркушин, А.Н. Технические решения по снижению nox в традиционной камере сгорания ГТУ НК - 16СТ / А.Н. Маркушин, В.К. Меркушин, В.М. Бышин, А.В. Бакланов // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. Академика С.П. Королёва. Самара. - 2009. - № 3-(19). - С. 291 - 297.

32. Маркушин, А.Н. Опыт создания и доводки низкоэмиссионной камеры сгорания ГТУ НК - 16СТ / А.Н. Маркушин, В.К. Меркушин, В.М. Бы-шин, А.В. Бакланов // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. Казань. - 2009. - № 9-10. - С. 99 - 107.

33. Матвеев, С.Г. Расчет образования CO и NOx в камерах сгорания ГТД [Электронный ресурс]: электрон. учеб. пособие / С.Г. Матвеев, С.В. Лукачев, М.Ю. Орлов, И.В. Чечет, Ю.В. Красовская; Минобрнауки России, Самар. гос. аэрокосм. ун-т им. С. П. Королева (нац. исслед. ун-т). - Электрон. текстовые и граф. дан. (1,07 Мбайт). - Самара, 2012. - 1 эл. опт. диск (CD-ROM).

34. Меркулов, А.П. Вихревой эффект и его применение в технике [Текст] / А.П. Меркулов. - М.: Машиностроение. - 1969. - 183 с.

35. Мингазов, Б.Г. Процессы горения и автоматизированное проектирование камер сгорания ГТД и ГТУ: учебное пособие / Б.Г. Мингазов, Ю.Б.

Александров, А.В. Костерин, Ю.В. Токмовцев. - Казань: Изд-во КНИТУ-КАИ.

- 2015. - 160 с.

36. Мингазов, Б.Г. Камеры сгорания газотурбинных двигателей. Конструкция, моделирование процессов и расчет: Учебное пособие / Б.Г. Минга-зов. - Издание второе. КНИТУ - КАИ. - 2006. - 220 с.

37. Мингазов, Б.Г. Влияние интенсивности крутки на характер течения закрученной струи / Б.Г. Мингазов, С.И. Морозов, В.С. Варфоломеев // Горение в потоке. Межвузовский сборник, вып. 2. - Казаский ордена Трудового Красного Знамени авиационный институт им. А.Н. Туполева. - 1978. - С. 52 -56.

38. Мингазов, Б.Г. Расчетное определение основных параметров в закрученной струе с горением / Б.Г. Мингазов, А.В. Бакланов // Вестник Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева. - 2013. - №1.

- С. 35 - 39.

39. Мингазов, Б.Г. Стабилизация пламени и расчет срывных характеристик камер сгорания газотурбинных двигателей / Б.Г. Мингазов, А.В. Бакланов // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. - 2020. - №3. -С. 91 - 96.

40. Михайлов, А.И. Рабочий процесс и расчет камеры сгорания газотурбинных двигателей / А.И. Михайлов, Г.М. Горбунов, и др. - М.: Оборонгиз. -1959. - 285 с.

41. Нгуен, Т.Д. Исследование смешения потоков за фронтовым устройством камеры сгорания газотурбинных двигателей / А.И. Сулаиман, Б.Г. Мингазов, Ю.Б. Александров, Т.Д. Нгуен // Известия высших учебных заведений Авиационная техника. Казань. - 2019. - № 2. - С. 102 - 107.

42. Нгуен, Т.Д. Анализ работы камеры сгорания в различных условиях эксплуатации / Т.Д. Нгуен, Б.Г. Мингазов // Актуальные проблемы авиационных и аэрокосмичесуих систем процессы, модели, эксперимент. - Казань. -2018. - 1(46), т.23. - С. 97 - 108.

43. Нгуен, Т.Д. Анализ смешения в закрученном потоке за лопаточным завихрителем. Новые технологии, материалы и оборудование российской авиакосмической отрасли / Ю.Б. Александров, Т.Д. Нгуен, Б.Г. Мингазов // Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием. Материалы конференции. Материалы докладов. Том 1. - Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та. - 2018. - С. 323 - 325.

44. Нгуен, Т.Д. Смешение поперечных струй с газовым потоком / А.И. Сулаиман, Б.Г. Мингазов, Ю.Б. Александров, Т.Д. Нгуен // Всероссийская научнотехническая конференция молодых ученых и специалистов «Авиационные двигатели и силовые установки». Москва, ЦИАМ. - 2019. - С. 127 - 128.

45. Нгуен, Т.Д. Исследование смешения потока за лопаточным завихрителем в свободном пространстве / Т.Д. Нгуен, Б.Г. Мингазов, Ю.Б. Александров, А.И. Сулаиман // Всероссийская научно-техническая конференция молодых ученых и специалистов «Авиационные двигатели и силовые установки», Москва. ЦИАМ. - 2019. - С. 130 - 131.

46. Нгуен, Т.Д. Анализ радиального поля неравномерности температуры на выходе камеры сгорания перспективного авиационного двигателя / Т.Д. Нгуен, Ю.Б. Александров, А.И. Сулаиман // XI Всероссийская научно-техническая конференция с международным участием. - Самара. -2019. - С. 31 - 34.

47. Нгуен, Т.Д. Сравнительный расчет камеры сгорания по одно- и трехмерной постановке с разными моделями горения / Ю.Б. Александров, Т.Д. Нгуен, Б.Г. Мингазов // XI Всероссийская научно-техническая конференция с международным участием. - Самара. - 2019. - С. 35 - 37.

48. Нгуен, Т.Д. Совершенствование температурного состояния стенок в области нагревательного элемента для экспериментальной установки, имитирующей смешение потоков в камере сгорания ГТД / Т.Д. Нгуен, Б.Г. Мингазов, Ю.Б., Александров, А.И. Сулаиман // Международная молодежная научная конференция «XXIV Туполевские чтения». - Том 1: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та. - 2019. - С. 262 - 266.

49. Нгуен, Т.Д. Влияние расчетной сетки на результаты численного расчета трехмерного нестационарного закрученного потока за лопаточным за-вихрителем / Ю.Б. Александров, Т.Д. Нгуен, Б.Г. Мингазов, А.И. Сулаиман // Вестник Московского авиационного института. Москва. - 2020. - № 1. - С. 122

- 132.

50. Нгуен, Т.Д. Влияние режимных и конструктивных параметров на неравномерность температурного поля на выходе из камеры сгорания газотурбинного двигателя / А.И. Сулаиман, Б.Г. Мингазов, Ю.Б. Александров, Т.Д. Нгуен // Вестник ПНИПУ. Пермь. - 2020. - № 60. - С. 80 - 87.

51. Нгуен, Т.Д. Экспериментальное и численное определение коэффициента смешения за различными лопаточными завихрителями камеры сгорания ГТД / Т.Д. Нгуен, Ю.Б. Александров, А.И. Сулаиман, Б.Г. Мингазов // Известия высших учебных заведений Авиационная техника. Казань. - 2020. - № 4.

- С. 101 - 107.

52. Нгуен, Т.Д. Влияние формы обтекателя на однородность профиля скоростей перед лопатками завихрителя / Т.Д. Нгуен, Ю.Б. Александров, Б.Г. Мингазов // Климовские чтения - 2020: перспективные направления развития авиадвигателестроения: сборник статей научно-технической конференции. -СПб.: Скифия-принт. - 2020. - С. 93 - 100.

53. Нгуен, Т.Д. Особенности численного расчета смешения в закрученном потоке за лопаточным завихрителем / Т.Д. Нгуен, Ю.Б. Александров, Б.Г. Мингазов, А.И. Сулаиман // X Всероссийская научно-техническая конференция молодых специалистов. - Уфа, 2019. - С. 60 - 61.

54. Нгуен, Т.Д. Моделирование процессов смешения в закрученном потоке / Т.Д. Нгуен, Ю.Б. Александров, Б.Г. Мингазов // Тепломассообмен и гидродинамика в закрученных потоках: тезисы докладов. 7-я Всероссийская конференция с международным участием / Мин. высш. обр. и науки РФ; РГАТУ им. П.А. Соловьева; Рос. фонд фунд. исслед.; Нац. исслед. ун-т «МЭИ»; Нац. комитет по тепломассообмену РАН; ПАО «ОДКСатурн». - Ярославль: ООО «Цифровая типография». - 2019. - С. 56.

55. Никущенко, Д.В. Применение расчетного комплекса FLUENT® для моделирования течений вязкой несжимаемой жидкости: Учеб. пособие. / Д.В. Никущенко. - СПб.: Изд. СПбГМТУ. - 2015. - 97 с.

56. Орлов, М.Ю. Моделирование процессов в камере сгорания: Учебное пособие / М.Ю. Орлов, С.В. Лукачев, С.Г. Матвеев. - Издательство Самарского университета. Самара. 2017. - 292 с.

57. Пиралишвили, Ш.А. Численное моделирование вихревого эффекта в несжимаемой жидкости [Текст] / Ш.А. Пиралишвили, А.С. Писаревский / Механика жидкости и газа. - 2013. - №3. - С. 135 - 140.

58. Пиралишвили, Ш.А. Вихревой эффект. Эксперимент, теория, технические решения [Текст] / Ш.А. Пиралишвили, В.М. Поляев, М.Н. Сергеев; под ред. Леонтьева А.И. - М.: УНПЦ «Энергомаш». - 2000. - 412 с.

59. Пиралишвили, Ш.А. Вихревой эффект (Физическое явление, эксперимент, теоретическое моделирование): Монография / Ш.А. Пиралишвили. -М.: УНПЦ «Энергомаш». - 2012. - 342 с.

60. Пиралишвили, Ш.А. Аэродинамика закрученного потока в вихревых горелках [Текст] / Ш.А. Пиралишвили, А.И. Гурьянов, Ахмед Мамо, С.М. Хас-снов // Авиакосмическое приборостроение. - 2007. - №9. - С. 3 - 8.

61. Полежаев, Ю.В. О турбулентных струях и физике струйно-факельного горения газов [Текст] / Ю. В. Полежаев // Газотурбинные технологии. -2010. - №3. - С. 30 - 32.

62. Померанцев, В.В. Основы практической теории горения: учеб. пособие для вузов / В.В. Померанцев, К.М. Арефьев, Д.Б. Ахмедовидр; подред. В.В. Померанцева. 2-еизд., перераб. идоп. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние. - 1986. - 312 с.

63. Приложение 16 к Конвенции о международной гражданской авиации. Охрана окружающей среды [Электронный ресурс]. В 2т. Т. II. Эмиссия авиационных двигателей. (1,45 Мб). - ИКАО. - 2008.

64. Пчелкин, Ю.М. Камеры сгорания газотурбинных двигателей: [Текст] / Ю.М. Пчелкин. М.: Машиностроение. - 1984. - 280 с.

65. Раушенбах, Б.В. Физические основы рабочего процесса в камерах сгорания воздушно-реактивных двигателей / Раушенбах Б.В. и др. - М.: Машиностроение. - 1964. - 525 с.

66. Сабирзянов, А.Н. Математическая модель рабочего процесса камеры сгорания малоразмерного ГТД с вращающейся форсункой. / А.Н. Сабирзянов, О.А. Тихонов, Ю.Б. Александров, В.Б. Явкин, Ф.А. Малышев // Новые технологии, материалы и оборудование российской авиакосмической отрасли: Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием, 810 августа 2018 г.: Материалы конференции. Материалы докладов. - Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та. - 2018. - Том 1. - С. 192 - 196.

67. Садыков, А.В. К решению уравнения переноса излучения методом дискретных ординат / А.В. Садыков, М.А. Бутяков // Известия высших учебных заведений. Проблемы Энергетики. - 2017 - 19(5-6) - С. 25 - 34.

68. Симкин, Э.Л. Основы эксплуатации авиационных газотурбинных двигателей: Учебное пособие / Э.Л. Симкин; подред. Б.Г. Мингазова. Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та. - 2010. - 450 с.

69. Смородин, Ф.К. Диагностика процесса взаимодействия газовой струи с обрабатываемой поверхностью оптическим корреляционным методом / Ф.К. Смородин, В.И. Лукьянов, И.Ф. Смородин // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника, Казань. - 2003. - №1. - С. 44 - 46.

70. Сыченков, В.А. Влияние влажности воздуха на горение однородных смесей керосина и воздуха / В.А. Сыченков, В.М. Янковский // Известия Вузов. Авиационная техника, Казань. - 1984. - №1. - С. 98 - 101.

71. Талантов, А.В. Основы теории горения: Учебное пособие / А.В. Талантов. - Изд-во КНИТУ - КАИ. - 1975. - 253 с.

72. Устименко, Б.П. Аэродинамика закрученной струи / Б.П. Устименко, О.С. Ткацкая // Проблемы теплоэнергетики и прикладной теплофизики. Алма-Ата : Наука. - 1970. - вып. 6. - С. 211 - 216.

73. Хакер, Д.С. Модель стабилизации пламени в закрученном потоке, основанная на упрощенной теории пути смешения / Д.С. Хакер. // М.: Ракетная техника и космонавтика. - 1974. - № 1. - С. 78 - 86.

74. Чигир, Н.А. Образование и разложение загрязняющих веществ в пламени / Н.А. Чигир. - М.: Машиностроение. - 1981. - 407 с.

75. Щелкин, К.И. Газодинамика горения. / К.И. Щелкин, Я.К. Трошин. -М.: Изд - во АН СССР. - 1963. - 254 с.

76. Щукин, В.А. Образование токсичных веществ в авиационных двигателях и методы их снижения / В.А. Щукин. Казань. Изд-ство КНИТУ-КАИ. -2018. - 250 с.

77. Щукин, В.А. Особенности образования газообразных токсичных веществ в авиадвигателях при двухстадийном процессе сжигании топлива / В.А. Щукин, Ф.М. Валиев, О.В. Дунай // Проблемы и перспективы развития авиации, наземного транспорта и энергетики "АНТЭ-2015". КНИТУ-КАИ. Казань, 2015. - С. 540 - 544.

78. Юрин, В.Н., Злыгарев В.А. О повышении эффективности использования информационных технологий при создании наукоемких изделий / В.Н. Юрин, В.А. Злыгарев // III Международная научно-техническая конференция «Авиадвигатели XXI Века», Москва, ЦИАМ. - 2010. - С. 1377 - 1379.

79. ANSYS Fluent Theory Guide, Release 18.1. ANSYS, Inc. - 2017. - 868

P.

80. Bakken, L.E. Parametric Modelling of Exhaust Gas Emission from Natural Gas Fired Gas Turbines / L.E. Bakken, L. Skogly // Proceedings of the International Gas Turbine and Aeroengine Congress and Exposition, Anonymous ASME, New York, NY, USA. - 1995. - pp. 11.

81. Barnes, J.C. Qualifying Unmixedness in Lean Premixed Combustors Operating at High Pressure, Fired Conditions / J.C. Barnes, A.M. Mellor // Proceedings of International Gas Turbine & Aeroengine Congress & Exhibition. - 1997. - June 2-5. - Paper № 97-GT-73.

82. Beer, J.M. Combustion Aerodynamics / J.M. Beer, N.A. Chigier. Applied Science Publishers (Elsevier) Ltd, London. - 1972. - 265 p.

83. Binnie, A.M. Experiments on the slow swirling flow of a viscous liquid through a tube / A.M. Binnie // J. Mech. Appl. Ath. - 1957. - vol. 10. pt 3. - pp. 276.

84. Cohen, J.D. Analytical fuel property effects - Small combustors / J.D. Cohen // In Assessment of Alternative Aircraft Fuels, NASA CP-2307. - Nov. 1983.

- pp. 93.

85. Dannecker, D. Impact of Radiation on the Wall Heat Load at a Test Bench Gas Turbine Combustion Chamber: Measurements and CFD Simulation / D. Dannecker, B. Noll, M. Hase, W. Krebs, K.U. Schildmacher, R. Koch, M. Aigner // Proceedings of GT2007 ASME Turbo. - 2007. - GT2007-27148. - 11 p.

86. Davis, L.B. Emission and Control of NOx in Industrial Gas Turbine Combustors: Experimental Results [Text] / L.B. Davis, R.J. Murad, C.F. Wilhelm // 66th Annual AIChE Meeting, Nov. - 1973. - pp. 11 - 15.

87. De Graaf, J.E. Aims and achievements of the international flame research foundation / J.E. De Graaf // J. of Inst. of Fuel. - 1966. - №39. - pp. 310.

88. Diehl, L.A. Measurement of gaseous emissions from a turbofan engine at simulated altitude conditions [Text] / L.A. Diehl, J.A. Biaglow // NASA scientific and technical publications. - 1974. - pp. 19.

89. Joos, F. Technische Verbrennung / F. Joos. Berlin Heidelberg: SpringerVerlag. - 2006. - 907 p.

90. Konnov, A.A. The Temperature and Pressure Dependences of the Laminar Burning Velocity: Experiments and Modelling [Text] / A.A. Konnov // Proceedings of the European Combustion Meeting. - 2015. - 13 p.

91. Kretschmer, D. Modelling of combustors - The effects of ambient conditions upon performance [Text] / D.Kretschmer, J. Odgers // American Society of Mechanical Engineers, Winter Annual Meeting, Detroit, Mich. - 1973. - pp. 73.

92. Lefebvre, A.H. Fuel Effects on Gas Turbine Combustion - Liner Temperature, Pattern Factor, and Pollutant Emissions / A.H. Lefebvre // Journal of Aircraft.

- 1984. - Vol. 21, No. 11, - pp. 887 - 898.

93. Lefebvre, A.H. Gas Turbine Combustion-Alternative Fuels and Emissions [Text] / A.H. Lefebvre, D.R. Ballal // Third ed, CRC Press. - 2010. - 560 p.

94. Leonard, G. Development of an Aeroderivative Gas Turbine Dry Low Emissions Combustion System / G. Leonard, J. Stegmaier // Journal of Engineering for Gas Turbine and Power. - 1994. - Volume 116. Issue 13. - pp. 542 - 546.

95. Lewis, G.D. New Understanding of NOx Formation / G.D. Lewis // Tenth International Symposium on Air Breathing Engines, Anonymous Publ by AIAA, Washington, DC, USA,Nottingham, Engl. - 1991. pp. 625 - 629.

96. Maier, P. Untersuchung isothermen drallbehafteter Freistrahlen / P. Maier. // Forsch Ing. - 1968. - № 5. - pp. 133 - 164.

97. Marchionna, N.R. Effect of Inlet Air Humidity, Temperature, Pressure and Reference Mach Number on the Formation of Oxides of Nitrogen in a Gas Turbine Combustor [Text] / N.R. Marchionna, L.A. Diehl, A.M. Trout // NASA scientific and technical publications. - 1973. - 35 p.

98. Marshall, R.L. Presented in ANSI letter written by WL McGaw to D. Goodwin (EPA) [Text] / R.L. Marshall // ANSI. - 1975.

99. Mellor, A.M. Semi-Empirical Correlations for Gas Turbine Emissions, Ignition, and Flame Stabilization / A. M. Mellor // Progress in Energy and Combustion Science. - 1981. - Vol. 6, No. 4. - pp. 347 - 358.

100. Metghalchi, M. Burning velocities of mixtures of air with methanol, isooctane, and indolene at high pressure and temperature [Text] / M.Metghalchi, J.C.Keck // Combustion and flame. - 1982. - Vol. 48. - pp. 191 - 210.

101. Molnar, M. Reduced Equations for Calculating the Combustion Rates of Jet-A and Methane Fuel / M. Molnar, C. Marek // NASA/TM. - 2003. - 65 p.

102. Mularz, E.J. Pollution emissions from single swirl-can combustor modules at parametric test conditions [Text] / E.J. Mularz, J.D.Wear, P.W. Verbulecz // NASA scientific and technical publications. - 1975. - 34 p.

103. Nguyen, T.D. Study of mixing in a swirling jet / T.D. Nguyen, Y.B. Ale-ksandrov, B.G. Mingazov //AIP Conference Proceedings. - AIP Publishing LLC. 2211. 2020. - pp. 040007-1 - 040007-7.

104. Noreen, A.E. A Generalized Presentation of Gas-Turbine Combustor Performance [Text] /A.E. Noreen, W.T. Martin // ASME 1957 Gas Turbine Power Conference- American Society of Mechanical Engineers. - 1957. - pp. 1 - 10.

105. Odgers, J. The Prediction of Thermal NOx in Gas Turbines / J. Odgers, D. Kretschmer // ASME - 1985. - pp. 1 - 7.

106. Rink, K.K. The Influence of Fuel Composition and Spray Characteristics on Nitric Oxide Formation / K.K. Rink, A.H. Lefebvre // Combustion, Science and Technology. - 1989. - Vol. 68. - pp. 1 - 14.

107. Rizk, N.K. Emissions Predictions of Different Gas Turbine Combustors / N.K. Rizk, H.C. Mongia // AIAA. - 1994. - Paper 94-0118.

108. Rokke, N.A. Pollutant Emissions from Gas Fired Turbine Engines in Offshore Practice / N.A. Rokke, J.E. Hustad, S. Berg // Measurements and Scaling ASME. - 1993. - Paper 93-GT-170.

109. Snegirev, A.Yu. Statistical modeling of thermal radiation transfer in buoyant turbulent diffusion flames [Текст] / A.Yu. Snegirev // Combustion and Flame. - 2004. - Vol 136. - pp. 51 - 71.

110. Stuttaford, P.J. Assessment of a Radiative Heat Transfer Model for a New Gas Turbine Combustor Preliminary Design Tool [Текст] / P.J. Stuttaford, P.A. Rubini //35th Aerospace Sciences Meeting & Exhibit. - 1997. - AIAA Paper 970294. - 12 p.

111. Vermes, G. A NOx correlation method for gas turbine combustors based on NOx formation assumptions [Text] / G. Vermes // ASME 1974 Winter Annual Meeting: GT Papers. American Society of Mechanical Engineers. - 1974. - pp. 1 -11.

Приложение А - Акт внедрения результатов диссертационной работы

о внедрении результатов диссертационной работы Нгуен Тхэ Дат в научно-исследовательский процесс федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Казанский национальный исследовательский технический университете им. А.Н. Туполева - КАИ»

Комиссия, в составе:

председателя: д.т.н., доцент: В.Л. Варсегов

членов: к.т.н., доцент: В.И. Панченко

составили настоящий акт о том, что за период выполнения диссертационной работы Нгуен Тхэ Дат в научно-исследовательский процесс КНИТУ - КАИ внедрены следующие ее результаты:

1. Лабораторная установка для исследования затопленной закрученной струи за лопаточным завихрителем камер сгорания газотурбинных двигателей (ГТД);

2. Лабораторная установка для исследования закрученных потоков и струйных течений в камерах сгорания ГТД;

УТВЕРЖДАЮ Проректор по научной и инновационной деятельности КНИТУ-КАИ

АКТ

к.ф.-м.н., доцент: С.И. Харчук

3. Методика расчета характеристик камер сгорания ГТД, используемая при выполнения курсовых проектов и выпускных квалификационных работ бакалавров и магистров.

Перечисленные результаты используются в учебной и научной работе на кафедре «Реактивных двигателей и энергетических установок», КНИТУ -

КАИ.

Председатель комисси]

д.т.н., доцент:

(подпись)

, V -/ 3 в.Л. Варсегов

—-г-—

Члены комиссии:

к.т.н., доцент:

к.ф.-м.н., доцент:

С.И. Харчук

В.И. Панченко

Директор

Института авиации, наземнпгп транспорта и энергетики к.т.н., доцент:_

А.Ф. Магсумова

Дата: П ЛШ(Х 1Щ\

Приложение Б - Построение рабочей характеристики датчика измерения температуры воздушного потока, собранных на основе термистора ЫТС и постоянного резистора

(Ь

Федеральное государственное унитарное предприятие «Всероссийский научно-исследовательский институт расходометрии»

ФГУП «ВНИИР»

Россия, Республика Татарстан, 420088, г. Казань, ул. 2-ая Азинская, д. 7 «а» тел. [phone], факс [phone], web-site: www.vniir.org e-mail: [e-mail] ОКПО 02567981, ОГРН 1021603623150, ИНН/КПП 1660007420/166001001

Лист № 1 Всего листов 4

ПРОТОКОЛ ИССЛЕДОВАНИЙ

Построение рабочей характеристики датчика измереиия температуры воздушной среды, собранных

наименование исследования

_на основе термистора МТС и постоянного резистора._

наименование исследования

Наименование объекта исследований: датчик измерения температуры воздушной среды состоит из следующих составных частей:

Термистор В3950± 1 %. 100 кОм ± 1 % при температуре 25 "С, тепловая постоянная времени Т<10 сск в неподвижном воздухе, диапазон рабочих температур -40 °С ~ 250 °С;

Резистор метаплопленочный с постоянным сопротивлением 4,7 кОм ± I % мощность 0,25 Вт. Место проведения исследований: ФГУП «ВНИИР» Дата проведения исследований: 11-13 ноября 2019 г.

Условия проведения исследований: 11 ноября 12 ноября 13 ноября

- температура окружающего воздуха, "С 22,5 20,6 23,1

- относительная влажность окружающего воздуха, % 49 53 46

- атмосферное давление, к! 1а 101.5 100.9 101,7

Наименование оборудования, используемого при исследованиях:

Калибратор температуры серии ATC-R модель АТС-156В. регистрационный номер в Федеральном информационном фонде по обеспечению единства измерений № 20262-02, в комплекте с угловым термометром STS-100 А901, регистрационный № 523620-17, свидетельство о поверке .V» 5801677 от 10.04.2018 г., аттестованный в качестве Государственного рабочего эталона единицы температуры 3 разряда в диапазоне значений от минус 40 до плюс 155 °С, регистрационный № 3.1.ZZ3.006I.20I8, свидетельство об аттестации № 0061-2018 от 10.04.2018 г. (далее - эталон).

Делитель напряжения был собран на основе микропроцессора ATmega. Электрическая схема аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и делителя напряжения приведена на рисунке 1.

ATmcgi

V« Avcc

СКВ

\DD>

AREF

GM»

Ни«

D-

" СП <2 _ fl Cl f "—

X.

-5P-I -5Ö-

ÍT-Q-

АЦП

I, II,К К .1IIГ11.1

рсшсюрои t ермаст >т мроммня

Рисунок 1

Для снижения шума сигнала использовалось^стабилизированное питание АЦП через отдельную линию Avcc, которая подключена через филЛр состоящий из индуктивности L=10mkTh Ведущий инженер НИР-14 / У»________Шабалин A.C.

должность лица, проводящего исследовании

и конденсатора Са=0,1мкФ. Так же для снижения шума измеряемой величины делитель напряжения был подключен к фильтрованному напряжению Avec и настроено на использование этого напряжения как референтного.

В исследовании задавалась эталонная температура в термостате и регистрировались показания аналогового выходного сигнала, проходимого через делитель напряжения. Вначале опыта температура повышалась до максимальной и постепенно ступенчато снижалась с шагом 10 °С до минимально исследуемой, затем производились замеры при повышении температуры. Наблюдалась воспроизводимость результатов замера при одинаковых температурах и повышении и понижении температуры. Число измерений напряжения составляло 200 для каждой термостатированной температуры в диапазоне от 10 до 150 °С. Измерение среднеквадратичного отклонения группы S, содержащей п результатов измерений, вычислены согласно ГОСТ Р 8.7362011.

Результаты исследований по данному пункту представлены в таблице:

Сборка датчиков № 3

Таблица 1

Температура эталона, °С Номер исследованного датчик

30 31 32 33 34

U. мВ S и, мВ S U, мВ S U, мВ S U, мВ S

150 283,57 0,54 282,98 0,51 283,27 0,51 285,36 0.56 282,56 0.44

140 330,27 1,05 331,94 0,26 332,01 0,12 333,65 0.48 331,19 0,45

130 385,21 0.84 390,99 0,17 391.02 0.15 392,03 0.16 390,41 0,49

120 457,99 0.16 457,00 0,11 457.00 0,00 457,87 0.34 456,53 0,48

110 528.90 0.31 527,74 0,44 527.85 0,36 528,12 0.33 527,19 0.45

100 602,96 0,20 601,16 0,37 601.23 0,42 601,94 0.26 601,01 0.16

90 676,20 0,40 675,00 0,11 674.98 0,13 679,01 0.08 674,75 0.49

80 746,16 0,35 745,01 0,10 744.99 0,10 747,01 0.10 744,85 0.52

70 809,39 0,49 808,36 0,48 808.27 0,45 809,25 0.43 808,07 0.26

60 863,60 0,51 862,90 0,31 862,78 0,42 863,04 0.22 862,60 0.19

50 907,99 0,12 907,23 0,42 907.14 0,34 907,25 0.43 907,09 0,48

40 942,67 0,48 942,06 0,26 942.00 0,07 942,02 0.18 942,03 0.46

30 968,90 0,29 968,26 0,47 968,15 0,38 968,21 0.41 968,27 0.50

20 987,72 0,46 987,28 0,46 987,15 0,36 987,24 0.43 987,20 0,49

10 1000,76 0,43 1000,42 0,50 1000,39 0,50 1000,46 0,50 1000,41 0,47

Таблица 2

Температура эталона, °С Номер исследованного датчик

35 36 37 38 39

U, мВ S U, мВ S и. M В s U, мВ S U, мВ S

150 282,31 0.49 282,31 0,55 280,96 0.45 280,97 0.46 282,59 0.51

140 331,03 0.40 331,03 0,19 329.60 0.49 329,75 0.44 331,28 0.45

130 390,14 0.49 390,14 0,35 388.73 0,45 388,83 0.37 390,49 0.50

120 456,16 0.50 456,16 0,38 454.61 0.49 4?4.74 0.44 456,43 0.50

110 527,09 0.40 527,09 0,31 525.95 0,22 525,90 0.31 527,12 0.33

100 601,01 0.15 601,01 0,11 599.62 0.49 599,46 0.50 601,19 0.40

90 674,86 0.46 674,86 0,35 673,17 0.37 673,15 0.36 674,42 0,49

80 744,90 0.40 744,90 0,32 743,45 0,52 743,32 0.48 744,66 0,48

70 808,12 0.29 808,12 0,32 807.02 0,17 807,01 0.16 808,07 0,31

60 862,58 0.49 862,58 0,50 861.75 0.45 861,80 0.42 862,66 0,48

50 907,05 0.28 907,05 0,26 906.42 0,50 906,40 0.49 907,20 0.40

40 942,02 0.20 942,02 0,19 941,57 0,51 941,56 0.50 942,08 0.32

30 968,16 0.46 968,16 0,38 9^8.01 0.18 968,00 0.10 968.48 0.51

20 987,17 0.40 987,17 0,39 ^87.03 0,17 987,00 0.00 987,31 0,47

10 1000,44 0.49 1000,44 0,50/ Ю00.21 0,42 1000,21 0,42 1000,54 0.50

Ведущий инженер НИО-14 Л Шабалин А.С.

должность лица, проводящего исследования I подуись Ф.И.О.

Сборка датчиков № 4 Таблица 3

Температура эталона, °С Номер исследованного датчик

40 41 42 43 44

и, мВ Б и, мВ Б и, мВ Б и, мВ Б и, мВ 8

150 279,60 0.49 279,98 0,16 278,06 0,26 280,07 0.27 281,93 0,28

140 332,21 0.42 332,71 0,46 330.94 0,25 332,96 0.19 334,30 0.33

130 391,07 0.30 391,42 0,49 389,78 0,41 391,76 0.43 393,14 0.45

120 457,85 0.36 458,00 0,19 456,01 0,22 457,95 0.21 459,17 0,26

110 529,17 0.69 529,74 0,50 529,03 0.88 528,67 0.54 530,85 0,67

100 604,04 0,87 604,24 0,83 602.78 0,42 603,57 0,70 604,77 0,50

90 676,29 0.46 675,99 0,19 676.1 X 0,39 676,20 0.40 676,93 0,42

80 745,01 0.20 744,99 0,17 744,25 0,44 744,30 0.43 745,73 0.15

70 808,39 0.50 808,39 0,49 807,45 0,53 807,96 0.27 808,77 0.33

60 862,98 0.15 862,97 0,16 861.85 0,39 862,53 0.50 862,96 0.49

50 907,24 0.58 907,13 0,34 906,43 0.50 907,02 0.20 907,14 0,29

40 942,01 0.11 942,01 0.19 941,73 0.44 942,01 0.17 942,01 0.09

30 968,16 0.38 968,15 0,35 967,99 0,11 968,09 0.28 968,13 0.38

20 987,05 0.25 987,03 0,20 987,00 0,11 987,02 0.15 987,07 0.18

10 1000,18 0.39 1000,15 0,35 1000,12 0.32 1000,02 0.21 1000,18 0,33

Таблица 4

Температура эталона, "С Номер исследованного датчик

45 46 47 48 49

и, мВ 8 и, мВ в и, мВ 5 и, мВ 8 и, мВ 8

150 279,02 0,42 279,02 0,23 278.99 0,14 280,25 0.43 279,99 0.16

140 331,87 0.46 331,87 0,35 331.49 0,50 333,10 0.30 332,74 0,44

130 390,56 0.35 390,56 0,50 390.20 0.42 392,05 0.22 391,49 0,50

120 457,02 0.40 457,02 0,24 456.91 0,31 458,75 0.43 457,97 0,25

110 528,05 0.44 528,05 0,39 528,61 0,53 528,98 0.87 529,00 0.66

100 604,11 0.57 604,11 0,47 602.91 0.66 602,99 0.07 604,31 0.93

90 675,88 0.39 675,88 0,35 675.52 0,50 678.04 0.21 676.87 0,34

80 744,56 0.48 744,56 0,51 744.51 0.50 746,15 0.38 745,05 0,19

70 807,90 0.45 807,90 0,32 807.98 0,18 809,06 0.36 808,56 0.50

60 862,19 0.27 862,19 0,41 862.56 0.50 863,11 0.32 863,01 0.09

50 907,00 0,38 907,00 0,1 1 907.04 0,23 907,70 0.47 907,22 0,42

40 942,00 0.17 942,00 0,06 942,03 0,18 942,28 0,46 942,14 0,35

30 968,09 0.37 968,09 0,29 968.23 0,41 968,56 0.50 968,19 0.40

20 987,05 0,31 987,05 0,23 987.12 0,34 987,26 0.45 987,03 0.20

10 1000,12 0.39 1000,12 0,34 1000,18 0,40 1000,39 0,49 1000,11 0,31

Ведущий инженер НИР-14

должность лица, проводящего исследования

Шабалин А.С.

Сборка датчиков № 5

Таблица 5

Температура эталона, °С Номер исследованного датчик

50 51 52 53 54

U. мВ S U, мВ S U, мВ S U, мВ S U, мВ S

150 280,98 0.13 280,37 0,48 281.83 0,40 282.21 0.41 282,49 0.09

140 333,90 0.30 333,14 0,34 334.55 0,50 335,23 0.42 335,36 0.12

130 393,00 0,06 392,08 0,28 393.87 0,34 394,30 0.46 394,37 0.13

120 457,15 0.41 456,06 0,24 458.08 0,38 457,40 0.52 457,86 0,54

110 528,99 0,09 528,63 0,48 530,05 0,25 529,95 0.23 530,03 0,19

100 602,94 0,23 602,20 0,41 604,00 0,15 603,39 0,49 603,80 0,49

90 676,24 0.43 675,98 0,15 677.09 0,29 676,94 0,27 677,03 0,15

80 746,10 0.31 745,85 0,39 746.97 0,23 746,59 0.50 746,84 0.29

70 808,32 0.48 807,99 0,17 809.18 0.39 808,18 0.39 808,83 0.15

60 862,98 0.13 862,48 0,50 863.65 0,48 862,97 0.20 863,07 0.50

50 907,34 0.48 907,01 0,15 907.99 0.18 907,24 0.43 907,62 0,25

40 942,12 0.35 942,00 0.15 942.78 0.43 942,08 0.30 942,25 0.11

30 968,46 0.50 968,17 0,38 968.93 0,32 968,25 0.44 968,48 0.37

20 987,03 0.18 987,00 0,15 987.23 0,42 987,15 0.37 987,25 0.21

10 1000,01 0.14 1000,04 0,23 1000,14 0.35 1000,22 0,42 1000,31 0,31

Таблица 6

Температура эталона, "С Номер исследованного датчик

55 56 57 58 59

U, мВ S U. мВ S U, мВ S U, мВ S U, мВ S

150 281,44 0,51 281,44 0,50 281,99 0,17 280,28 0,45 282,40 0.49

140 334,34 0,48 334,34 0,48 334.62 0.49 333,10 0,29 335.24 0.43

130 393,56 0,49 393,56 0,50 393,44 0.50 392,06 0,29 394.19 0.40

120 457,37 0,43 457,37 0,52 457,40 0.58 455,05 0,29 458.10 0.32

110 529,78 0,25 529,78 0,45 529,84 0.37 527,28 0,46 530.07 0.25

100 603,38 0,40 603,38 0,51 603,16 0.37 601,13 0,35 603.78 0.42

90 676,99 0,23 676,99 0,11 676,50 0,50 674.99 0,13 676.99 0.15

80 746,89 0,42 746,89 0,36 746,22 0,40 744,98 0,20 746,77 0.47

70 809,00 0,37 809,00 0,18 808,07 0.28 807,10 0,32 808.38 0.49

60 863,28 0,30 863,28 0,46 862,67 0.47 862,01 0,19 863.00 0.15

50 907,99 0,49 907,99 0,23 907,03 0.26 906,96 0,19 907.25 0.43

40 942,63 0,44 942,63 0,48 941,98 0,17 941,96 0,19 942,04 0,23

30 968,79 0,52 968,79 0,42 968,10 0,32 968,08 0,29 968,25 0.44

20 987,23 0,43 987,23 0,43 987,00 0.10 987,05 0,23 987,17 0.37

10 1000,18 0,48 1000,18 0,38 1000,00 0.16 1000,15 0,36 1000,18 0,39

Выводы:

Проделанная работа позволяет построить зависимость выходного сигнала датчика от температуры воздушной среды. Эта зависимость предназначена для создания машинного кода при работе микроконтроллерного аналого-цифрового преобразователя, позволяющего производить обратный пересчет полученных характеристик в измеряемую температуру в воздушном потоке.

Наибольшс погрешности, рассчитанные по среднеквадратичному отклонению, отнесенные к среднеарифметическому значению измеряемого напряжения, наблюдаются при температурах близких к 150 °С и составляют не более 0,18% (при пересчете на измеряемую температуру составляет не более 0,22 "С) и при понижении температуры до 10 градусов снижаются до 0,048%.

Шабалин А.С.

Ф.И.О.