Методология проектирования малоэмиссионных камер сгорания газотурбинных двигателей на основе математических моделей физико-химических процессов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.07.05, доктор технических наук Куценко, Юрий Геннадьевич

• Куценко, Юрий Геннадьевич
• доктор технических наук
• 2010

Оглавление диссертации доктор технических наук Куценко, Юрий Геннадьевич

Содержание работы

Введение

Глава 1 Обзор технологий, применяемых для снижения уровня

выбросов оксида азота газотурбинными двигателями

1.1 Проблема загрязнения атмосферы при сжигании углеводородных

топлив

1.2 Нормирование выбросов вредных веществ для авиационных газотурбинных двигателей и стационарных газотурбинных установок

1.3 Концепции снижения выбросов вредных веществ газотурбинными двигателями

1.3.1 Факторы, влияющие на образование вредных веществ

1.3.2 Технология малоэмиссионного горения «бедной» заранее перемешанной топливовоздушной смеси

1.3.3 Технология «богато-бедного» малоэмиссионного горения

1.3.4 Технология впрыска водяного пара

1.3.5 Применение каталитических нейтрализаторов

1.3.6 Технология каталитического горения 28 Глава 2. Математические модели, применяемые для описания физико-химических процессов в камерах сгорания газотурбинных двигателей

2.1 Введение

2.2 Классификация физико-химических процессов и их математические модели

2.3 Модель турбулентного течения газа

2.3.1 Основные уравнения

2.3.2 Методы моделирования турбулентных течений

2.3.3 Уравнения Рейнольдса

2.3.4 Классификация моделей турбулентности

2.3.5 Модели, основанные на гипотезе о турбулентной вязкости

2.3.6 Модель напряжений Рейнольдса

2.4 Совместный теплообмен

2.5 Моделирование процесса распространения и испарения капель

2.6 Кинетика химических реакций

2.6.1 Основные соотношения

2.6.2 Состав топлива, используемого ГТУ. Кинетические механизмы, используемые для описания процесса окисления метана

2.6.3 Состав авиационного керосина. Кинетические механизмы, применяемые для описания процесса горения керосина

2.6.4 Моделирование процесса сажеобразования

2.7 Моделирование процесса турбулентного горения

2.7.1 Обзор моделей турбулентного горения

2.7.2 Приближение диффузионного горения

2.7.3 Приближение гомогенного горения

2.7.4 Модель тонкого фронта пламени

2.7.4.1 Модель тонкого фронта пламени в приближении диффузионного горения

2.7.4.2 Модель тонкого фронта пламени в приближении горения заранее перемешанной смеси

2.7.4.3 Модель тонкого фронта пламени в приближении горения частично перемешанной смеси (Flamefront модель)

2.7.4.4 Модель взаимодействия процесса горения с процессом турбулентности

2.7.4.5 Библиотеки концентраций компонентов смеси для модели фронта тонкого пламени

2.7.4.6 Расчет скорости распространения фронта пламени в турбулентном потоке

2.7.5 Модель Зимонта для моделирования горения перемешанной или частично перемешанной топливовоздушной смеси

2.7.6 Модели горения, учитывающие индивидуальный перенос

компонентов смеси

2.7.6.1 Моделирование процесса переноса

2.7.6.2 Модель распада турбулентного вихря / модель химической

кинетики

2.7.6.3 Eddy Dissipation Concept модель

2.8 Процесс радиационного теплообмена

2.8.1 Обзор методов расчета радиационных тепловых потоков

2.8.2 Диффузионная модель радиационного теплообмена

2.8.3 Метод дискретных ординат

2.8.4 Расчет радиационных свойств среды в объеме

2.8.4.1 Расчет коэффициента поглощения смеси газов

2.8.4.2 Расчет коэффициента поглощения облака частиц

2.8.4.3 Расчет средних коэффициентов поглощения 93 2.9 Процесс образования оксида азота

2.9.1 Модели процесса образования NOx

2.9.2 Механизмы образования N0

2.9.2.1 «Термический» механизм

2.9.2.2 «Быстрый» механизм

2.9.2.3 Механизм «дожигания» N0

2.9.2.4 Образование двуокиси азота

2.9.2.5 Расчет пространственного распределения концентрации оксида

азота

Глава 3. Верификация математических моделей физико-химических

процессов, протекающих в камере сгорания ГТД

3.1 Моделирование структуры потока в горел очном модуле

3.2 Математическое моделирование структуры потока турбулентного газа 108 и расчет потерь полного давления в камере сгорания

3.2.1 Расчетная модель. Граничные условия

3.2.2 Анализ структуры течения в камере сгорания

3.2.3 Анализ распределения потерь полного давления

3.2.4 Анализ структуры течения на выходе из диффузора и в жаровой

трубе

3.3 Предсказание структуры потока в камере сгорания с учетом процесса горения

3.3.1 Методика проведения расчетов

3.3.2 Анализ структуры течения в камере сгорания

3.3.3 Анализ неравномерности поля температуры на выходе из камеры сгорания

3.4 Выводы

Глава 4. Методология моделирования физико-химических процессов

в камере сгорания с диффузионным факелом для расчета уровня 126 эмиссии оксида азота

4.1 Описание методологии

4.2 Описание этапа препроцессирования

4.2.1 Программа для генерации «флеймлет» библиотек

4.2.2 Программа для генерации «флеймфронт» библиотек

4.2.3 Программа для моделирования процесса сажеобразования

4.2.4 Программа для расчета коэффициента поглощения смеси газов и 136 сажи

4.3 Описание этапа расчета в пакете CFX-TASCflow

4.3.1 Расчетные модели. Граничные условия и результаты расчетов

4.3.2 Анализ вклада механизмов образования оксида азота в общий уровень эмиссии. Влияние моделей турбулентности. '

4.3.3 Влияние выбора модели горения на расчет уровня эмиссии оксида

азота

4.3.4 Анализ влияния модели радиационного теплообмена

4.3.5 Анализ влияния кинетических механизмов

4.4 Выводы

Глава 5. Разработка «гибридных» и «комбинированных» моделей 168 турбулентного горения

5.1 Классификация моделей турбулентного горения

5.2 «Гибридные» модели турбулентного горения

5.2.1 Двухзонная модель горения Flamelet-BVM-EDC для предсказания 170 уровня эмиссии оксида углерода

5.2.1.1 Основные принципы модели

5.2.1.2 Комплекс программ для расчета концентраций компонентов с 173 использованием двухзонной модели горения

5.2.1.3 Верификация двухзонной модели турбулентного горения

5.2.2 «Гибридная» модель горения Flamelet-Transport Equations

5.2.3 «Гибридная» модель горения Flamelet-EDM

5.2.4 Тестирование «гибридных» моделей Flamelet-EDM и Flamelet-

Transport Equations

5.3 «Комбинированные» модели турбулентного горения

5.3.1 Основные принципы комбинированной модели турбулентного 196 горения

5.3.1.1 Модель гомогенного фронта пламени

5.3.1.2 Модель диффузионного фронта пламени

5.3.1.3 Модель объемного горения

5.3.1.4 Определение временных масштабов прохождения реакции и

расчет тепловыделения во фронте пламени

5.3.1.5 Метод расчета уровня эмиссии N0 в рамках комбинированной модели турбулентного горения

5.3.1.6 Тестирование комбинированной модели турбулентного горения

5.3.2 Двухфронтовые модели турбулентного горения

5.3.3 Выводы 230 Глава 6. Анализ технологий малоэмиссионного горения

6.1 Технология «богато-бедного» горения

6.2 Технология малоэмиссионного горения, основанная на подаче

водяного пара в камеру сгорания

6.3 Технология малоэмиссионного горения, основанная на использовании

в качестве топлива синтез-газа

6.4 Технология «бедного» горения

6.5 Выводы 285 Основные результаты и выводы 288 Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методология проектирования малоэмиссионных камер сгорания газотурбинных двигателей на основе математических моделей физико-химических процессов»

Введение

Актуальность данной работы обусловлена повысившимися в последнее время требованиями* по снижению неблагоприятного »влияния газотурбинных двигателей (ГТД) на окружающую среду, а так же-обострившейся конкуренцией среди отечественных^ и зарубежных производителей ГТД. Так, в федеральной целевой программе «Развитие гражданской авиационной техники России на 2002-2010 годы и на период до 2015 года», утвержденной постановлением Правительства РФ № 728 особое место отведено работам, направленным на экологическую чистоту авиационных двигателей. Кроме того, в соответствии с поручением Правительства РФ № ИК-П7-20696 от 06.12.2001 г. разработана и утверждена специальная межведомственная «Комплексная программа работ на период 2002-2010 гг. по проблеме снижения шума, эмиссии вредных веществ и повышения точности навигации отечественных самолетов и вертолетов в обеспечение требований 1САО (Международная организация гражданской авиации) и Европейского Союза (ЕС)».

В соответствии с международным и национальным стандартами на вредные выбросы авиационных ГТД и, создаваемых на их базе энергетических установок (ГТУ), в настоящее время нормируется эмиссия несгоревших углеводородов (ЦНС), оксида углерода (СО), оксидов азота (Ж)х), дыма (БЫ).

Впервые международный стандарт 1САО на эмиссию авиационных ГТД был принят в 1981 году. С 1996 по 2004 год действовали более жесткие (на 20%), по сравнению с первоначальными, нормы на эмиссию ЫОх. С 2004 года они были еще ужесточены (примерно на 16%) для новых двигателей и модификаций существующих, созданных после 31 декабря 2003 года. В рамках СНГ этот вопрос регулируется Авиационными правилами АП-34 «Охрана окружающей среды. Нормы эмиссии для авиационных двигателей», в которых нормы эмиссии практически соответствуют международным требованиям. Ориентировочно в 2008 году 1САО предполагает ввести запрет на производство двигателей, не соответствующих нормам на эмиссию вредных веществ. Страны ЕС проводят еще более жесткую, чем 1САО, политику по защите окружающей среды от воздействия авиации.

Современные тенденции развития газотурбинных двигателей обуславливают разработку двигателей с высокими параметрами термодинамического цикла. Повышение параметров термодинамического цикла подразумевает увеличение температуры и давления воздуха на выходе из компрессора, что приводит к увеличению скорости

образования N0* в камере сгорания. Как правило, при эксплуатации ГТУ и авиационных двигателей преобладают, высокие режимы работы, при которых снижается • концентрация^ СО и 1ШС в выхлопных газах и повышается концентрация ЛМХЭх. Кроме того;-необходимо* отметить, что содержание: N0^ в выхлопных газах. ГТД на 90% — 95% определяет токсичность выхлопа. ,

Для; снижения уровня эмиссии оксида азота камерами сгорания ГТД отечественными и зарубежными разработчиками применяются четыре основные технологии организации малоэмиссионного горения: .

1. «Богато-бедное» горение;

2. Сжигание «бедной» гомогенной топливо-воздушной смеси;

3. «Мокрые» методы снижения МОх — подача, в камеру сгорания топлива или окислителя, смешанного с водяным паром ;

4. Сжигание низкокалорийного топлива — синтез-газа, полученного путем каталитического разложения природного газа.

При?разработке новой?камеры: сгорания всегда встает вопрос, о выборе технологии малоэмиссионного горения; Проектирование и доводка камер: сгорания - сложный; процесс, который включает в себя большой объем конструкторской и экспериментальной работы. Применение методов вычислительной газовой динамики позволяет выбрать схему организации процесса , малоэмиссионного > горения, снизить объем экспериментальных: работ по доводке камер сгорания и внести; изменения в конструкцию; камер сгорания на ранних стадиях проектирования. При проведении расчетно-экспериментальных работ по проектированию малоэмиссионной камеры сгорания возникает потребность в оценке следующих ее важнейших характеристик:

1. Уровня эмиссии загрязняющих веществ: >ТОХ, СО, сажи.

2. Полноты сгорания топлива;

3. Пределов стабилизации пламени в гомогенной и диффузионной зонах горения.

Для проведения параметрических расчетов камер сгорания необходима разработка методологии математического моделирования физико-химических процессов, включающая в себя рекомендации по? использованию математических моделей и анализу полученных: результатов. Кроме того, доступные в настоящее время математические ^ модели горения не могут предоставить возможность для- выполнения комплексного расчета основных характеристик проектируемой камеры сгорания.

Таким образом, разработка методологии математического моделирования физико-химических процессов и ее применение для анализа технологий малоэмиссиионного

горения являются актуальными задачами, имеющими важное научное и практическое значение.

Цель работы состоит в разработке универсальной методологии математического моделирования физико-химических процессов в камере сгорания ГТД для расчета уровней эмиссии оксида азота, оксида углерода, оценки пределов стабилизации фронта пламени и ее применение для анализа и выбора технологий малоэмиссионного горения. Задачи исследования:

1. Создание методологии проектирования малоэмиссионных камер сгорания газотурбинных двигателей на основе математических моделей физико-химических процессов;

2. Настройка математической модели для расчета уровня эмиссии оксида азота;

3. Разработка математической модели для расчета уровня эмиссии оксида углерода;

4. Разработка математической модели для описания процесса дестабилизации гомогенного и диффузионного фронтов пламени;

5. Проведение моделирования' физико-химических процессов в камере сгорания и оценка их влияния на уровень эмиссии оксида азота;

6. Проведение сравнительного анализа конструктивных схем камер сгорания ГТД, в которых реализованы технологии малоэмиссионного сжигания топлива с использованием разработанной методологии.

На защиту выносятся:

1. Разработанная методология математического моделирования физико-химических процессов в камере сгорания ГТД для оценки уровня эмиссии оксида азота, оксида углерода и пределов стабилизации фронта пламени;

2. Результаты численного исследования взаимного влияния физико-химических процессов в камере сгорания и оценка их влияния на расчетный уровень эмиссии оксида азота;

3. Разработанные «гибридные» модели турбулентного горения, позволяющие оценить уровень эмиссии оксида углерода, оксида азота;

4. Разработанные «комбинированные» модели турбулентного горения, описывающие структуру фронта пламени и позволяющие смоделировать процесс дестабилизации гомогенного и диффузионного фронтов пламени, оценить уровни эмиссии оксидов углерода и азота, полноту сгорания топливовоздушной смеси.

5. Результаты сравнительного анализа конструктивных схем камер сгорания ГТД, в которых реализована технология малоэмиссионного горения.

Научная новизна:

1. Уточнена математическая модель генерации оксидов азота при диффузионном -горении углеводородного топлива с учетом радиационного излучения пламени, являющегося существенным фактором при оценке эмиссии.

2. Впервые разработана математическая модель описания генерации оксидов азота для смешанных (диффузионного и гомогенного) фронтов пламени в камере сгорания.

3. Создана «гибридная» математическая модель горения РЬМ-ЕБС для расчета уровня эмиссии оксида углерода при сгорании углеводородного топлива.

4. Впервые разработана «комбинированная» математическая модель «бедного» срыва фронта пламени и розжига камеры сгорания в нестационарной постановке. На ее основе сформирована математическая модель для расчета полноты сгорания топлива, являющейся одним из основных проектных параметров камеры сгорания.

Достоверность:

1. Разработанные и уточненные математические модели физических процессов горения в камерах сгорания газотурбинных двигателей идентифицированы по экспериментальным данным модельных и натурных экспериментов камер сгорания различных типов в части интегральных оценок эмиссии и границы срыва пламени.

2. Применяемые в расчетах математические модели турбулентности для описания сильно закрученных трехмерных течений в камерах сгорания идентифицированы по имеющимся экспериментальным данным распределений компонент скорости (дифференциальная оценка).

Практическая ценность работы состоит в следующем:

1. Разработанная методология позволяет учесть при проектировании камер сгорания

?

процессы, происходящие при горении топлива, оценить эмиссионные характеристики, пределы стабилизации фронта пламени и совершенствовать конструкцию камер сгорания еще на ранних стадиях проектирования;

2. Результаты проведенного в работе сравнительного анализа технологий малоэмиссиионного сжигания топлива использованы для выработки практических рекомендаций по выбору конструктивных схем камер сгорания.

3. Созданы программы, применяющиеся для:

3.1. расчета уровня эмиссии оксида углерода на основе предложенной ( двухзонной модели турбулентного горения;

3.2. расчета скорости распространения фронта пламени;

3.3. расчета радиационных свойств среды;

3.4. моделирования процесса сажеобразования;

3.5. расчета концентраций компонентов топливо-воздушной смеси в зависимости от восстановленной массовой доли топлива и характеристик турбулентности.

Внедрение результатов

Разработанная методология проектирования камер сгорания ГТД на основе математических моделей физико-химических процессов и созданный комплекс программ применяются в ОАО «Авиадвигатель» для выбора и совершенствования конструкций малоэмиссионных камер сгорания. Апробация работы

Материалы диссертации были представлены и обсуждены на:

1. IV всероссийской научно-технической конференции «Процессы горения, теплообмена и экология тепловых двигателей» (СГАУ, г. Самара, 9-10 октября 2002 г.);

2. V всероссийской научно-технической конференции «Процессы горения, теплообмена и экология тепловых двигателей» (СГАУ, г. Самара, 5-7 октября 2004

г.);

3. 50-й научно-технической сессии по проблемам газовых турбин (г. Санкт-Петербург, 17-18 июня 2003 г)

4. 49-й международной конференции ASME Turbo Expo 2004 (Австрия, г.Вена, 14-16 июня 2004 г).

5. I научно-техническом семинаре по проблемам низкоэмиссионных камер сгорания ГТУ (ЦИАМ, г. Москва, 14-16 декабря 2004 г.)

6. Международной научно-технической конференции «Рабочие процессы и технология двигателей» (КГТУ, г. Казань, 23-27 мая 2005 г)

7. II международной научно-технической конференции «Авиадвигатели XXI века» (ЦИАМ, г. Москва, 6-9 декабря 2005 г.)

8. 51-й международной конференции ASME Turbo Expo 2006 (Испания, г. Барселона, 7-11 мая 2006 г)

9. Международной научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития двигателестроения» (г. Самара, СГАУ, 21-23 июня 2006 г.)

10. VI всероссийской научно-технической конференции! «Процессы горения, теплообмена и экология тепловых двигателей» (СГАУ, г. Самара, 10-11 октября 2007 г.);

11. 53-й международной конференции ASME Turbo Expo 2008 (Германия, г. Берлин, 9-13 мая 2008 г)

Публикации

1. Куценко Ю.Г. Влияние состава продуктов сгорания на радиационное охлаждение зоны горения в камере сгорания ГТД при сжигании метана / Куценко Ю.Г. // журнал Авиационная техника, Известия высших учебных заведений. — Казань: КГТУ-КАИ им. А.Н. Туполева, 2000. -. № 3 - С. 38-44.

2. Куценко Ю.Г. Математическое моделирование процесса радиационного теплообмена в камерах сгорания газотурбинных двигателей / Куценко Ю.Г. // Труды всероссийской научной конференции «Физико-химические проблемы сжигания углеводородных топлив» — Москва: ЦИАМ, 1998. — С.58—59.

3. Куценко Ю.Г. Применение методов вычислительной газовой динамики для моделирования процессов течения многокомпонентного потока газа, горения и теплообмена в камере сгорания газотурбинного двигателя / Куценко Ю.Г., Онегин С.Ф. // Труды IV всероссийской научно-технической конференции «Процессы горения, теплообмена и экология тепловых двигателей» - Самара: СГАУ, 2002. -С. 91-93.

4. Куценко Ю.Г. Математическое моделирование процесса образования оксида азота в камерах сгорания авиационных двигателей и энергоустановок / Куценко Ю.Г., Онегин С.Ф. // Труды V всероссийской научно-технической конференции «Процессы горения, теплообмена и экология тепловых двигателей» - Самара: СГАУ, 2004. - С. 82-93.

5. Куценко Ю.Г. Оптимизация камеры сгорания газотурбинного двигателя для снижения выбросов оксида азота с использованием методов вычислительной газовой динамики / Куценко Ю.Г., Онегин С.Ф. // Труды V всероссийской научно-технической конференции «Процессы горения, теплообмена и экология тепловых двигателей» - Самара: СГАУ, 2004,- С. 94-104.

6. Куценко Ю.Г. Математическое моделирование малоэмиссионных камер сгорания. / Августинович В.Г., Куценко Ю.Г., Сипатов А.М., Усанин М.В.// Сборник тезисов 49 научно-технической сессии РАН по проблемам газовых турбин — Москва: ЦИАМ, 17-18 июня 2003.

, 13 •

7. Куценко Ю.Г. Применение методов вычислительной газовой динамики *для расчета и оптимизации камер сгорания / Онегин С.Ф., Сипатов A.M., Усанин . М.В., Гомзиков Л.Ю. // Сборник тезисов 50 научно-технической сессии РАН по проблемам газовых турбин - Санкт-Петербург:JIM3, 17-18 июня 2003.

8. Куценко Ю.Г. Применение методов вычислительной4 газовой динамики' для. моделирования процессов течения* многокомпонентного потока газа, горения и теплообмена в камере сгорания газотурбинного двигателя / Куценко Ю.Г., Онегин С.Ф. // журнал Вестник самарского государственного аэрокосмического университета, 2002. —№ 2. — С. 60-64.

9. Koutsenko I.G. Application of CFD-based analysis technique for design and optimization of gas turbine combustors / Koutsenko I.G., Onegin S.F., Sipatov A.M.. // Труды конференции ASME Turbo Expo 2004, Вена, 14-16 июня 2004 - статья № GT-2004-53398, 8 С.

10. Koutsenko I.G. Application of CFD-based analysis tool to the.PS-90A/A2 combustors to achieve low NO emission1 level / Koutsenko I.G., Onegin S.F., Sipatov A.M.. // Труды конференции 40th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit, Fort Lauderdaly, Florida, 11-14 июля 2004 - статья № AIAA-2004-3878, 8 С.

11. Куценко Ю.Г. Применение методов вычислительной газовой динамики для оценки эффективности технологии подавления образования оксида, азота- путем подачи водяного пара в камеру сгорания / Куценко. Ю.Г. // Сборник тезисов международной- научно-технической конференции- «Рабочие процессы и технология двигателей» — Казань: КГТУ, 23-27 мая 2005. - С. 17-18.

12. Куценко Ю.Г. Применение методов вычислительной газовой динамики для исследования потенциальных возможностей технологии «богато-бедного» горения по снижению уровня эмиссии оксида азота / Куценко Ю.Г. // Сборник тезисов международной научно-технической конференции «Рабочие процессы и технология двигателей» - Казань: КГТУ, 23-27 мая 2005. — С. 19-20.

13. Куценко Ю.Г. Применение численных методов газовой динамики для анализа процесса образования оксида азота и выбора конструкции камеры сгорания газотурбинного двигателя / Андрюков Н.А., Медведев А.В., Гомзиков Л.Ю., Куценко Ю.Г. // Сборник тезисов международной научно-технической конференции «Рабочие процессы и технология двигателей — Казань: КГТУ, 23-27 мая 2005.-С. 21-22.

14. Гомзиков Л.Ю. Решение задачи расчета скорости распространения фронта ламинарного пламени / Гомзиков Л.Ю., Куценко Ю.Г. // Сборник тезисов

международной научно-технической конференции «Рабочие процессы и технология двигателей, - Казань: КГТУ, 23-27 мая 2005. - С. 23-24.

15. Куценко Ю.Г. Применение методов вычислительной газовой динамики для анализа процесса образования оксида азота и оптимизации конструкции камеры сгорания газотурбинного двигателя / Куценко Ю.Г., Андрюков Н.А. // Сборник трудов I научно-технического семинара по проблемам низкоэмиссионных камер сгорания ГТУ - Москва: ЦИАМ, 14-16 декабря 2004.- С. 22.

16. Куценко Ю.Г. Численное исследование технологий малоэмиссионного горения для снижения уровня выбросов оксида азота газотурбинной установкой / Куценко Ю.Г. // Сборник трудов всероссийской научно-технической конференции «Аэрокосмическая техника и высокие технологии-2005» - Пермь: ПГТУ, 22-24 июня 2005 - С. 90.

17. Куценко Ю.Г. Применение численных методов газовой динамики для расчета камеры сгорания газотурбинного двигателя ПС-90А / Куценко Ю.Г. // журнал Авиационная техника, Известия высших учебных заведений. - Казань: КГТУ-КАИ им. А.Н. Туполева,, 2004 - № 3., С. 67-71.

18. Куценко Ю.Г. Численное исследование факторов, влияющих на образование оксида азота в камерах сгорания газотурбинных двигателей / Куценко Ю.Г. // Журнал Авиационная техника, Известия высших учебных заведений. — Казань: КГТУ-КАИ им. А.Н. Туполева, 2004 - № 4., С. 68-70.

19. Koutsénko Yu. G. Simulation of nitric oxide formation in gas turbine combustor / Koutsenko Yu. G. // Сборник трудов Второго Международного Симпозиума по неравновесным процессам, горению и атмосферным явлениям - Сочи, 2005 — С. 156-165.

20. Куценко Ю. Г. Сравнительный анализ технологий малоэмиссионного сжигания топлива в камере сгорания газотурбинного двигателя. / Куценко Ю.Г. // Сборник трудов II международной научно-технической конференции «Авиадвигатели XXI века» - Москва: ЦИАМ, 2005 - Том 2, С. 22.

21.Kutsenko Yu.G. Development and application of CFD-based analysis methodology to evaluate efficiency of lowNOx combustion technologies, / Kutsenko Yu.G., Onegin S.F. // Труды конференции ASME Turbo Expo 2006 - Барселона, 2006 - статья GT-2006-90530., 8 С.

22. Куценко Ю.Г. Численные исследования предельно достижимых уровней эмиссии оксида азота при использовании технологии богато-бедного горения в камере

сгорания ГТД. / Куценко Ю.Г. // Журнал Авиационная техника, Известия высших учебных заведений. - Казань: КГТУ-КАИ им. А.Н. Туполева, 2006 — № 1, стр. 1-3.

23. Гомзиков Л.Ю. Разработка программы для определения скорости распространения фронта ламинарного пламени и состава продуктов сгорания / Гомзиков Л.Ю., Куценко Ю.Г.// Сборник тезисов международной научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития двигателестроения» — Самара: СГАУ, 21-23 июня 2006. - С. 76-77.

24. Куценко Ю.Г. Разработка комбинированной модели турбулентного горения и ее применение для моделирования процесса образования оксида углерода / Куценко Ю.Г. // Сборник тезисов к докладам на международной научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития двигателестроения», - Самара: СГАУ, 21-23 июня 2006. - С. 77-78.

25. Куценко Ю.Г. Моделирование процесса образования оксида углерода с использованием комбинированной модели турбулентного горения. / Куценко Ю.Г.// Журнал Вестник Ижевского ГТУ - Ижевск: ИжГТУ, 2006 -№ 3 (31), С. 2326.

26. Куценко Ю.Г., Онегин С.Ф. Применение методов вычислительной газовой динамики для выбора конструкции камеры сгорания с наименьшим уровнем эмиссии оксида азота / Куценко Ю.Г. //, Вестник СГАУ, 2006 — № 1 (9), С. 106-121.

27. Куценко Ю.Г. Численные методы оценки эмиссионных характеристик камер сгорания газотурбинных двигателей / Куценко Ю.Г.//, изд-во УрО РАН, Екатеринбург-Пермь, 2006, ISBN 5-7691-1770-2 - 140 С.

28. Kutsenko Yu.G. Modeling approach for lean blowout phenomenon /Kutsenko Yu.G., Onegin S.F., Gomzikov L.Y., A. Belokon', V. Zakharov // Труды конференции ASME Turbo Expo 2007 Монреаль, 2007 - статья № GT-2007-27699, С. 7.

29. Kutsenko Yu.G. Modeling of turbulent combustion process and lean blow out using combined approach /Kutsenko Yu.G. , Onegin S.F., Gomzikov L.Y.// Труды конференции ASME Turbo Expo 2008, Берлин, 2008 -статья № GT-2008-50289, С. 12.

30. Kutsenko Yu. G. A combined turbulent combustion model in studying a lean flameout process /Kutsenko Yu.G.// Журнал «Russian Aeronautics»,2009 - том 52, № 2, С. 208213.

31. Куценко Ю.Г. Комбинированная модель турбулентного горения в исследовании процесса бедного срыва пламени / Куценко Ю.Г.// Журнал Авиационная техника,

Известия высших учебных заведений. - Казань: КГТУ-КАИ им. А.Н. Туполева, 2009- №2, С. 50-53.

32. Kutsenko Yu.G. Modeling of turbulent combustion process and lean blowout using combined approach. / Kutsenko Yu.G., Inozemtsev A.A., Gomzikov L.Y.// Труды конференции ASME Turbo Expo 2009, Орландо, 2009 - статья № GT2009-60131, С. 14.

Структура и объем работы

Работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы из 201 наименования. Диссертация содержит 302 страницы основного текста, 211 рисунков.

Заключение диссертации по теме «Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов», Куценко, Юрий Геннадьевич

Основные результаты и выводы

1. Для решения задачи расчета уровня эмиссии оксида азота диффузионной камерой сгорания газотурбинного двигателя разработана > методология расчета. Методология позволяет „определить уровень. эмиссии оксида азота для камер' сгорания, использующих газообразное топливо - метан или жидкое — керосин. Методология включает в себя рекомендации по использованию моделей турбулентности, горения, радиационного теплообмена и образования оксида азота, а также разработанных в рамках данной работы дополнительных программ, позволяющих рассчитать уровень эмиссии оксида азота с высокой точностью независимо от типа камеры сгорания и режима работы.

2. Выполнено комплексное исследование процесса образования оксида азота в камере сгорания газотурбинного двигателя с использованием известных моделей горения. По результатам исследования сделаны следующие основные выводы:

2.1. Основной вклад в.уровень эмиссии оксида азота — до 99,8% вносит «термический» механизм Зельдовича: Доля оксидов азота, образующихся по «быстрому» механизму и расходуемая по механизму «дожигания» незначительна.

2.2. Для корректного предсказания уровня- эмиссии' оксида азота необходимо правильно рассчитать, концентрацию; радикалов О - и ОН, а также уровень температуры в околостехиометрйческих-зонах.

2.3. Точное предсказание уровня температуры и концентраций О и ОН в околостехиометрической зоне можно получить с использованием модели тонкого фронта пламени для диффузионного горения (Р1ате1е1;) и горения частично перемешанной смеси (Р1ате&оп1;).

2.4. Для проведения расчетов рекомендуется использовать к-еКМС и к-еЯ8М модели турбулентности в зависимости от режима работы двигателя.

2.5. При расчете уровня эмиссии оксида азота необходимо учитывать процесс радиационного теплообмена. Процесс радиационного теплообмена влияет на эмиссию N0 путем оттока тепла из высокотемпературных зон и изменения состава продуктов сгорания в этих зонах.

2.6. В камерах сгорания, использующих в качестве топлива авиационный керосин, существенное влияние на баланс радиационных тепловых потоков оказывает присутствующая в первичной зоне камеры сгорания сажа, изменяющая радиационные свойства среды.

2.7. Для моделирования процесса горения метана рекомендуется использовать кинетический механизм КЕЕ, состоящий из 20 компонентов и 42 обратимых реакций.

2.8. Для моделирования процесса горения керосина рекомендуется использовать детальный кинетический механизм окисления и-гептана, состоящий из 41 компоненты и 175 реакций.

3. Для улучшения характеристик известных «стандартных» моделей турбулентного горения в плане расчета уровней эмиссии N0, СО и поля температуры на выходе из камеры сгорания создан класс «гибридных» моделей горения.

4. Для моделирования структуры диффузионного и гомогенного фронтов пламени и их дестабилизации создан класс «комбинированных» моделей турбулентного горения, которые основываются на модифицированных выражениях для расчета скорости распространения фронта пламени. Эти модели-были применены для моделирования процесса дестабилизации гомогенного фронта пламени за плохообтекаемым телом, а также гомогенного и диффузионного фронтов пламени в двухзонной камере сгорания. Получено хорошее согласование с данными эксперимента по величине коэффициента избытка воздуха, при которой происходит бедный срыв для диффузионного и гомогенного фронтов. Также удалось улучшить количественное предсказание концентраций продуктов сгорания на выходе из камеры сгорания.

5. Разработанная методология проектирования камер сгорания газотурбинных двигателей на основе математических моделей физико-химических процессов применена для оценки потенциала снижения уровня эмиссии N0 при использовании технологий «богато-бедного» горения, подачи водяного пара, использования в качестве топлива синтез-газа, диффузионного «бедного» горения, «бедного» горения заранее перемешанной топливовоздушной смеси, а также их комбинаций. По результатам исследования выявлено:

5.1. Наибольшим потенциалом по снижению уровня эмиссии оксида азота обладает технология «бедного» горения заранее перемешанной смеси с последовательным расположением зон. Эту технологию можно рекомендовать для реализации в камерах сгорания наземных газотурбинных установок.

5.2. Для камер сгорания авиационного типа рекомендуется использовать технологии «богато-бедного» и «бедного» диффузионного горения.

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Куценко, Юрий Геннадьевич, 2010 год

Список литературы

1. Робинсон Е.М. Механизм рассеивания загрязнителей в атмосфере. - В книге: Предотвращение загрязнения воды и воздуха в технологических процессах в нефтяной промышленности. Москва, Недра, 1971, с. 12-14.

2. Андруз Дж., Бримблекумб П., Джикелз Т., Лисс П. Введению в химию окружающей среды. Москва, Мир, 1999.

3. Исидоров В.А. Экологическая химия. Санкт-Петербург, Химиздат, 2001.

4. Сигал И.Я. Защита воздушного бассейна при сжигании топлива. Ленинград, «Недра», 1988.

5. Н. Mongia, W. Dodds. Low Emissions Propulsion Engine Combustor Technology Evolution Past, Present and Future//ICAS-2004, paper № 609.

6. Сигал И.Я. О чистоте дымовых газов котлов на газовом топливе. — Энергетика и электрификация, 1968, № 6, с.12-15.

7. Сигал И.Я. Горение газа в котлах и атмосфера городов. - Газовая, промышленность, 1969, № 2, с. 30-35.

8. Кароль И.Л., Киселев А.А. Нужно ли менять «Боинг» и Ту на ковер-самолет? -Природа, 2001, № 5, стр. 60-66.

9. О.Н. Фаворский, A.M. Старик. Эмиссия из реактивных двигателей и воздействие-авиации на атмосферные процессы. Ill Вестник российской академии наук, том 73, № 8,2003.

10. Кузнецов В.Р. и др. «Разработка метода расчета индекса эмиссии применительно к камерам сгорания ГТД» Техн. справка ЦИАМ № 1243, 1983.

11. Щуровский В.А. «Типовая методика проверки экологических характеристик опытных образцов ГТУ» ВНИИГАЗ, М., 1991

12. ГОСТ 29328-92

13. ГОСТ 28775-90 «Агрегаты газоперекачивающие с газотурбинным приводом. Общие технические условия». Госстандарт, М., 1991.

14. ГОСТ 12.1005-88

15. Санитарные нормы 245-71

16. Irvin Stambler. Clean air goals putting technology ahead costs for site permitting. Gas Turbine World v. 31 # 4,2001

17. Постников A.M. // Снижение оксидов азота в выхлопных газах ГТУ, Самара, 2002г.

18. Hirsch С., Kuenzi Т. et al. An annular combustor natural gas ignition model derived from atmospheric sector experiments // ASME Paper GT-2002-30073, Proceedings of

ASME TURBO EXPO 2002, June 3-6,2002, Amsterdam, The Netherlands

19. Blazenko I et al, Auto-ignition and heat release in a gas turbine burner at elevated temperature // ASME Paper GT-2004-53339, Proceedings of ASME TURBO EXPO 2004, June 14-17,2004, Vienna, Austria

20. Reiss F., Griffin T. The Alstom GT13E2 medium BTU gas turbine // ASME Paper GT-2002-30108, Proceedings of ASME TURBO EXPO 2002, June 3-6, 2002, Amsterdam, The Netherlands

21. Mongia H.C. Gas Turbine Combustion Design, Technology and Research: Current Status and Future Direction // AIAA Paper 97-3369, Proceedings of 33th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit, Seattle, WA, July 69, 1997

22. Mongia H.C. Aero-Thermal Design and Analysis of Gas Turbine Combustion Systems: Current Status and Future Direction // AIAA Paper 98-3982, Proceedings of 34th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit, Cleveland, OH, July 13-15, 1998«

23. Foust et al. Method and apparatus for controlling combustor emissions. United States Patent #6,418,726B1.

24. Monty et al. Low emissions combustor. United States Patent # 6,279,323B1.

25. Crocker et al. Piloted airblast lean direct fuel injector. United States Patent # 6,272,840Blr.

26. Foust et al. Method and apparatus for decreasing combustor emissions. United States Patent #6,405,523B1.

27. Pandalai R.P. and Mongia H.C. Combustion instability characteristics of industrial engine dry low emission combustion systems // AIAA Paper 98-3982, Proceedings of 34th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit, Cleveland, OH, July 13-15, 1998.

28. Cohen H, Rogers GFC, Saravanamuttoo HIH. // Gas Turbine Theoiy, Longman Group Limited, 1996.

29. H. Mongia, W. Dodds. Low Emissions Propulsion Engine Combustor Technology Evolution. Past, Present and Future. ICAS 2004, paper 609

30. Vilayanur S. R., Battaglioli J. Improvements to an air bypass system on a Kawasaki M1A-13X engine // ASME Paper GT-2004-53912, Proceedings of ASME TURBO EXPO 2004, June 14-17, 2004, Vienna, Austria

31.Tacina R. et al. Experimental sector and flame tube evaluations of a multipoint integrated module concept for low emission combustors // ASME Paper GT-2004-

53263, Proceedings of ASME TURBO EXPO 2004, June 14-17, 2004, Vienna, Austria

32. Tacina R. et al. Flame tube NOx emissions using a Lean-Direct-Wall-Injection combustor concept // AIAA Paper 2001-3271, Proceedings of 37th AIAA/ASME/SAE/ASEE, Joint Propulsion Conference and Exhibit, July 8-11, 2001, Salt Lake City, UT

33. Tacina R. et al. Sector tests of a low-NOx Lean-Direct-Injection, multipoint integrated module combustor concept // ASME Paper GT-2002-30089, Proceedings of ASME TURBO EXPO 2002, June 3-6,2002, Amsterdam, The Netherlands

34. Tacina R. et al. Multi-swirler aerodynamics: comparison of different configurations // ASME Paper GT-2002-30464, Proceedings of ASME TURBO EXPO 2002, June 3-6, 2002, Amsterdam, The Netherlands

35. Brehm N. et al. Development of an annular combustor with axially integrated burning zones and demonstration in a BR 700 core engine // IS ABE 99-7163.

36. Steidle B. Zur Modellierung von Drallflammen einschliesslich der NOx-Formation in Flugtriebwerksbrennkamern// Докторская диссертация, Technische Universität München, 1999 r.

37. Brundish K.D et al. Internal traversing of combustion species inside a methane fuelled DLE combustor // ASME Paper GT-2002-30099, Proceedings of ASME TURBO EXPO 2002, June 3-6,2002, Amsterdam, The Netherlands

38. Karim H., Dutta P. et al. Advanced catalytic pilot for low NOx industrial gas turbines // ASME Paper GT-2002-30083, Proceedings of ASME TURBO EXPO 2002, June 3-6, 2002, Amsterdam, The Netherlands

39. Greenberg S. J., McDougald N.K., Arellano L.O. Full-scale demonstration of surface-stabilized fuel injectors for sub-three ppm NOx emissions // ASME Paper GT-2004-53629, Proceedings of ASME TURBO EXPO 2004, June 14-17,2004, Vienna, Austria

40. Heinrich H. et al. V64.3A Gas turbine natural gas burner development // ASME Paper GT-2002-30106, Proceedings of ASME TURBO EXPO 2002, June 3-6, 2002, Amsterdam, The Netherlands

41. Meis J., Lauer G. Low NOx emission technology for the VX4.3A gas turbine series in fuel oil operation // ASME Paper GT-2002-30104, Proceedings of ASME TURBO EXPO 2002, June 3-6, 2002, Amsterdam, The Netherlands

42. Cohen H, Rogers GFC, Saravanamuttoo HIH. // Gas Turbine Theory, Longman Group Limited, 1996

43. Бурико Ю. и др. Разработка методов снижения эмиссии вредных веществ стационарными ГТУ // Наука и техника в газовой промышленности, 1999 г., № 1-2,

стр. 30-33.

44. Гончаров В.Г., Марчуков Е.Ю. и др. Опыт создания и доводки малоэмиссионной камеры сгорания ГТУ AJT-31CT // Известия вузов, Авиационная техника, № 3, Казань, 1998.

45. 11 -MW UGT 10000 gas turbine in service on Ukrainian pipeline// Gas Turbine World-2001-34-6

46. Ukraine UGT-25000 gas turbine rated 27 MW and 36.5% efficiency// Gas Turbine World -2004-34-2

47. Кузнецов Н.Д., Токарев В.В. Многогорелочные камеры сгорания - одно из перспективных направлений развития двигателей. // Проблемы машиностроения и надежности машин, № 2, 1995 г., стр. 3-12.

48. Tokarev V.V. Development, design approach and performance of multinozzle combustors of "NK" aero-engines. // AIAA Paper 98-3525 34th AIAA/ASME/S AE/AS SE Joint Propulsion Conference and Exhibit, Cleveland, JH, July 13-15,1998.

49. Тухбатуллин Ф.Г., Кашапов P. Малотоксичные горел очные устройства газотурбинных установок//Недра, М., 1997.

50. S.P. Burke, T.E.W. Schumann. Diffusion Flames. 1st Symposium on Combustion, pp. 211, The Combustion Institute, Pittsburgh, 1928.

51. Я.Б. Зельдович, Д.А. Франк-Каменецкий. Журнал физической химии, 12,100; 1938.

52. G. Damkohler. Der Einfluss der Turbulenz auf die Flamenngeschwindigkeit in Gasgemischen. Zeitschrift fur Elektrochemie, vol. 46, Nr. 11, pp. 601-652, 1940.

53. Д. Андерсон, Дж. Таннехилл, P. Плетчер. Вычислительная гидромеханика и теплообмен, т. 1, Москва, «Мир», 1990.

54. "Турбулентность" под. ред. П. Брэдшоу, Москва, Машиностроение, 1980.

55. Z. Han and R.D. Reitz. Turbulence modelling of internal combustion engines using rng k-e model. Combust. Sci. and Tech., 106:267:295, 1995.

56. F. R. Menter. Multiscale model for turbulent flows. In 24th Fluid Dynamics Conference. American Institute of Aeronautics and Astronautics, 1993.

57. CFX-TASCflow Theory Documentation: Turbulence Closure Models, AEA Technology, 2001, pp. 25-72.

58. W.P. Jones and Musoge. Closure of the reynolds stress and scalar flux equations. Phys. Fluids, 31:3589-3604,1988.

59. K. Hanjalic and B.E. Launder. A Reynolds stress model of turbulence and its application to thin shear flows. Journal of Fluid Mechanics, 52:609-638,1972.

60. CFX-TASCflow v. 2.11.1 Theory Documentation: Conjugate Heat Transfer, pp. 191193.

61. Нефтепродукты: свойства, качество, применение. Справочник. Под редакцией Б.В. Лосикова. Издательство Химия, Москва, 1966.

62. D.B. Spalding, P. L. Stephenson, and R. G. Taylor. A Calculation Procedure for the Predictionof Laminar Flame Speeds. COMBUSTION AND FLAME, 17, 55-64 (1971)

63. G. E. ANDREWS and D. BRADLEY. The Burning Velocity of Methane-Air Mixtures. COMBUSTION AND FLAME 19, 275-288 (1972)

64. GEORGIOS TSATSARONIS. Prediction of Propagating Laminar Flames in Methane, Oxygen, Nitrogen Mixtures. COMBUSTION AND FLAME 29, 235-246 (1977)

65. A. M. GARFORTH and C. J. RALLIS. Laminar Burning Velocity of Stoichiometric Methane-Air: Pressure and Temperature Dependence. COMBUSTION AND FLAME 31, 53-68(1978).

66. D. B. OLSON and W. C. GARDINER, Jr. Combustion of Methane in Fuel-rich Mixtures. COMBUSTION AND FLAME 32, 151 -161 (1978)

67. TERENCE P. COFFEE. Kinetic Mechanisms for Premixed, Laminar, Steady State Methane/Air Flames. COMBUSTION AND FLAME 55: 161 -170 (1984)

68. Н.Г. Даутов, A.M. Старик. К вопросу о выборе кинетической схемы при описании объемной реакции метана с воздухом, Кинетика и катализ, 1997, т. 38, № 2, с. 207230.

69: Т. Peeters. Numerical Modeling of Turbulence Natural-Gas Diffusion Flames. PhD thesis, Delft Technical University, Delft, The Netherlands, 1995, p. 263

70. M. D.Smooke. Reduced Kinetic Mechanisms and Asymptotic Approximations for Methane-Air Flames. In Lecture Notes in Physics, volume 384. Springer-Verlag, 1991.

71. Egolfopolous, F.N., Cho, P., and Law, C.K., Laminar Flame Speeds of Methane-Air Mixtures under Reduced and Elevated Pressures, (1989) Combust. Flame 76, 375:

72. T.-S. Wang. Thermophysics Characterization of Kerosene Combustion. // AIAA Paper

2000-2511, Proceedings of 34th AIAA Thermophysics Conference, June 19-22, 2000, Denver, CO

73. Y.K. Siow, S.L. Yang. 3-D Analysis of Jet-A Combustion with a Kinetic Mechanism for Pollutant Species // AIAA Paper 2001-3422, Proceedings of 37th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit, July 8-11, 2001, Salt Lake City, UT.

74. G.J. Sturgess. Assessment of an abbreviated Jet-A/JP-5/JP-8 reaction mechanism for modeling gas turbine engine gaseous emissions // AIAA Paper 97-2709, Proceedings of 33th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit, July 6-9, 1997, Seattle, WA.

75. K.P. Kundu, P.F. Penko, S.L. Yang. Simplified Jet-A/Air Combustion Mechanisms for Calculation of NOx Emissions // AIAA Paper 98-3986.

76. M.A. Mawid, T.W. Park, B. Sekar, C.A. Arana. Development and validation of detailed and reduced chemical kinetic mechanism for oxidation of JP-8/JET-A, JP-7 fuels, ISABE-2003-1028.

77. Диденко A.A. Расчет равновесного состава и температуры продуктов сгорания для гомогенной керосино-воздушной смеси // Тез. докл. IV Всеросс. науч.-техн. конф.

«Процессы горения, теплообмена и экология тепловых двигателей», стр. 54-58, Самара, 2002 г

78. A.M. Старик, Н.С. Титова, JI.C. Яновский. Анализ особенностей кинетики горения продуктов термического разложения n-ОКТАНА в смеси с воздухом, Теплофизика высоких температур, 1999, том 37, № 2, с. 294-305.

79. Curran, Н. J., Gaffuri, P., Pitz, W. J., and Westbrook, С. К. "A Comprehensive Modeling Study of n-Heptane Oxidation" Combustion and Flame 114, 1998, pp. 149-177.

80. Curran, H. J., Gaffuri, P., Pitz, W. J., and Westbrook, С. K. "A Comprehensive Modeling Study of iso-Octane Oxidation" Combustion and Flame 129, 2002, pp. 253-280.

81. M. Bui-Pham and K. Seshadri. Comparison between Experimental Measurements and Numerical Calculations of the Structure of Heptane-Air Diffusion Flames. Combust. Sci and Tech , 79:293-310, 1991.

82. V.I. Golovitchev, N. Nordin Detailed Chemistry Spray Combustion Model for the KTVA Code, Paper presented at the International Multidimensional Engine Modeling User's Group Meeting at the SAE Congress March 4,2001, Detroit, MI.

83. C.K. Westbrook, F.L. Dryer Simplified reaction mechanisms for the oxidation of hydrocarbon fuels in flames, Combustion Science and Technology, 1981, vol. 27, pp. 3143.

84. Dryer, F. L., and Classman, I. (1972). High-temperature oxidation of CO and CH4. Fourteenth Symposium (International) on Combustion, The Combustion Institute, Pittsburgh, p. 987

85. Ф.Г. Бакиров, B.M. Захаров, И.З. Полещук, З.Г. Шайхутдинов. Образование и выгорание сажи при сжигании углеводородных топлив. М.: Машиностроение, 1989.

86. A.D'Anna, A. Violi, D'Alessio, A.F. Sarofim. A reaction pathway for nanoparticle formation in rich premixed flames. Combustion and Flame, 127, pp. 1995-2003, 2001.

87. Теснер П. А. Скорость роста частиц сажи. Физика горения и взрыва, 1993, № 1

88. Теснер П. А. Зародыши сажевых частиц - радикалы. Физика горения и взрыва, 1992, №3.

89. Теснер П. А. Чем объясняется падение скорости образования частиц сажи? Физика горения и взрыва, 1989, № 6

90. Р.А. Tesner, E.I. Tsygankova, L.P. Guilazetdinov, V.P. Zuyev, G.V. Loshakova.The formation of soot from aromatic hydrocarbons in diffusion flames of hydrocarbon-hydrogen mixtures.Combustion and Flame, 17, pp. 279-285, 1971.

91.J.S. Newman, J. Steciak. Characterization of Particulates from Diffusion Flames, Combustion and Flame, 67, pp. 55-64,1978.

92. Y.R. Sivathanu, G.M. Faeth. Soot Volume Fractions in the Overfire Rcgion of Turbulent Diffusion Flames, Combustion and Flame, 81, pp. 133-149, 1990.

93.1.M. Kennedy, W. Kollmann, J.-Y. Chen. A model for soot formation in a laminar diffusion flame. Combustion and Flame, 81, pp. 73-85, 1990.

94. JI. М. Бородина, М.С. Немировский, П.А. Теснер. Образование сажи в ламинарном

*

диффузионном пламени природного газа при введении в газ ряда углеводородов и воздуха. Физика горения и взрыва, т. 35, № 1, 1999, стр. 11-15.

95. Н. Wang, М. Frenklach. A Detailed Kinetic Modeling Study of Aromatics Formation in Laminar Premixed Acetylene and Ethylene Flames, Combustion and Flame, 110, pp. 173-221, 1997.

96. V.I. Golovitchev, N. Nordin, R. Jamicki, and J. Chomiak. 3-D Diesel Spray Simulations Using a New Chemistry Turbulent Combustion Model, 00FL-447.

97. Pope S.B. "Computationally efficient implementation of combustion chemistry using in situ adaptive tabulation", Combustion Theory Modelling, 1,41-63 (1997)

98. W.P. Jones and J.H. Whitelaw. Calculation Methods for Reacting Turbulent Flows: A Review. Combustion and Flame 48: 1-26 (1982)

99. K.N.C. Bray. Turbulent flows with premixed reactants In P.A. Libby and F.A. Williams, editors, Turbulent Reacting Flows, Springer, 1980.,161F-S.B. Pope. Turbulent premixed flames. Annu. REV. Fluid. Mech. Vol. 19, pp. 237-270, 1987

100. R.W. Bilger Turbulent diffusion flames. Annu. Rev. Fluid Mech., Vol. 21. pp. 101 -135, 1989.

101. Bilger R.W. Prog. Energy Combust. Sci. 1, 87 (1976)

102. Bilger R.W. Turbulent Reacting Flows (P.A. Libby and F.A. Williams, eds), p.65, Springer (1980).

103. Williams F.A. and Libby P.A. AIAA 18th Aerospace Science Meeting (1980).

104. Jones W.P. Prediction Methods for Turbulent Flows (W. Kollmarm, ed.), Hemisphere Publishing (1980)

105. Zimont V.L., Polifke, Biagioli F., Syed K. Modelling turbulent premixed combustion in the intermediate steady propagation regime. Progress in Computational Fluid Dynamics, vol. 1, pp. 14-28, 2001

106. W.P. Jones and J.H. Whitelaw. Calculation Methods for Reacting Turbulent Flows: A Review. Combustion and Flame 48: 1-26 (1982)

107. D.B. Spalding Concentration in a Round Turbulent Free Jet, Chem. Eng. Sci. 26:95, 1971

108. Pope The Implications of the Probability Equations for Turbulent Combustion Flows, Combust. Flame 29:235

109. P.A. Libby and K.N.C. Bray. Implications of Laminar Flamelet Model in Premixed Turbulent Combustion, Combust. Flame, 39:33

110. C.H. Gibson and P.A. Libby. On turbulent, flows with fast chemical reaction. Part II - the distribution of reactants and products near a reacting surface. Combustion Science and Technology, Vol. 6, pp. 29-35, 1972

111. R.A. Williams. Recent advances in theoretical descriptions of turbulent diffusion flames. In S.N.B. Murthy, editor, Turbulent Mixing in Nonreactive and Reactive Flows, pp. 189-208, Plenum Press, New York, 1975

112. Yu. Ya. Buriko, V. R. Kuznetsov, D. V. Volkov, S. A. Zaitsev and A. F. Uryvsky. A test of a flamelet model for turbulent nonpremixed combustion Combustion and Flame, Volume 96, Issues 1-2, 1994, pp. 104-120

113. Fletcher R.S., Heywood J.B. A model for nitric oxide emissions from aircraft gas turbine engines. - ALAA Paper № 71 -123

114. N. Peters. Laminar diffusion flamelet models in non-premixed turbulent combustion, Prog. Energy Combust. Sci., 1984, vol. 10, pp. 319-339

115. Williams F.A. Turbulent Mixing in non-reactive and reactive flows, p. 189,-Plenum (1975)

116. CFX-TASCflow v.2.11. Theory Documentation: Advanced Combustion Models, pp. 207-228,2001

117. M.C. Drake, R.J. Blint Thermal NOx in Stretched Laminar Opposed-Flow Diffusion Flames with CO/H2/N2 Fuel. Combustion and Flame 76: 151-167 (1989)

118. O. L. Gulder, Twenty-Third Symposium (International) on Combustion, The Combustion Institute, Pittsburgh, 1990, pp. 743-750

119. Y. Liu, M. Ziegler, and B. Lenze, Proc. Joint Meeting of the British - German Sections of the Combustion Institute, Cambridge (UK), pp. 64-67 (1993)

120. Wirth, M. and Peters, N. Turbulent Premixed Combusiton: A Flamelet Formulation and Spectral Analysis in Theory and IC-Engine Experiments". In Proceedings of the 24th Symposium (International) on Combustion, Pages 493-501, Pittsburgh, PA, U.S.A., 1992. Combustion Institute

121. G. E. ANDREWS and D: BRADLEY. The Burning Velocity of Methane-Air Mixtures. COMBUSTION AND FLAME 19,275-288 (1972)

122. A. M. GARFORTH and C. J. RALLIS. Laminar Burning Velocity of Stoichiometric Methane-Air: Pressure and Temperature Dependence. COMBUSTION AND FLAME 31, 53-68 (1978)

123. D. B. OLSON and W. C. GARDINER, Jr. Combustion of Methane in Fuel-rich Mixtures. COMBUSTION AND FLAME 32, 151 -161 (1978)

124. TERENCE P. COFFEE. Kinetic Mechanisms for Premixed, Laminar, Steady State Methane/Air Flames. COMBUSTION AND FLAME 55: 161 -170 (1984)

125. R.J. Kee, J.F. Grcar, M.D. Smooke, J.A. Miller. A fortran program for modeling steady laminar one-dimensional premixed flames, Sandia Report 85-8240, 1985

126. C.K. Westbrook, F.L. Dryer Simplified reaction mechanisms for the oxidation of hydrocarbon fuels in flames, Combustion Science and Technology, 1981, vol. 27, pp. 3143.

127. B. F. Magnussen and В. H. Hjertager. On mathematical models of turbulent combustion with special emphasis on soot formation and combustion. In 16th Symp. (Intl.) on Combustion. The Combustion Institute, 1976

128. Куценко Ю.Г. Процесс радиационного теплообмена в газотурбинных двигателях и его моделирование при проектировании камер сгорания. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Пермь, 1999.

129. Д.К. Эдварде, А. Балакришнан. Радиационное охлаждение турбулентного фронта пламени. Труды амер. об-ва инж.-мех.,сер. С, Теплопередача, 1973, 94, № 4, стр.1-7.

130. Subrata Bhattachaijee and William L. Grosshandler. Effect of Radiative Heat Transfer on Combustion Chamber Flows. Combustion and Flame, vol. 77, № 3-4, 1989, pp. 347-357.

131. Yuen W.W., Zhu S.H. Effect of Radiative Heat Transfer on Thermal Ignition. J. Thermophys. Heat Transfer, 1989, 3, № 3, pp. 260-265.

132. Eklund Dean R., Badinand Thomas, Fransson Torsten. A numerical study of radiation effects in gas turbine combustion chambers. AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit, 34th, Cleveland, OH, July, 13-15, 1998.

133. Зигель P., Хауэлл Дж. Теплообмен излучением, пер. с англ. Под ред.

Хрусталева Б.А., Москва, "Мир", 1975.

134. J. Gibb, Central Electricity Board, Internal Note, MRM, 85, 1973.

135. G.D. Raithby. Equation of Motion for Reacting, Particle-laden Flows, Thermal Science Ltd., Progress Report provided to EMR, 1991.

136. N.H. Kandamby, F.C. Lockwood, M.A. Yehia, A Computer Code for Twodimensional Turbulent Reacting Flows, Imperial College, London, 1990.

137. Гуди P., Атмосферная радиация, изд-во "Мир", 1966.

138. Chan S.H., Tien C.L. "Total Band Absorptance of Nonlsothermal Infrared Radiating Gases", Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, vol. 9, 1969, pp. 1261-1271.

139. Edwards D.K., Morizumi S.J., "Scaling of Vibration-Rotation Band Parameters for Nonhomogeneous Gas Radiation", Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, vol. 10, 1970, pp. 1975-1988.

140. Gess R.D., Wang L.S., "A band Absorptance Formulation for Non-isothermal Gaseous Radiation", International Journal of Heat and Mass Transfer, vol. 13, 1970, pp. 574-555.

141. Edwards D.K., Balakrishnan A., "Slab Band Absorptance for Molecular Gas Radiation", Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, vol. 12, 1972, pp. 1379-1387.

142. Nelson D.A., "A Study of Band Absorption Equation for Infrared Radiative Transfer in Gases: 1. Transmission and Absorption Functions for Planar Media", Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, vol. 14, 1974, pp. 69-80.

143. Фельске, Тьен. Использование приближения Милна-Эдингтона для коэффициента поглощения при расчете теплообмена излучением в устройствах для сгорания. Труды амер. об-ва инж.-мех.,сер. С, Теплопередача, 1977, 99, № 3, стр. 120-130.

144. Файвленд. О решениях уравнения переноса излучения в прямоугольных полостях методом дискретных ординат. Труды амер. об-ва инж.-мех.,сер. С, Теплопередача, 1984, т. 106, № 4.

145. Breene R.G. The Shift and Shape of Spectral Lines, Pergamon Press, Oxford, 1961.

146. Справочник по теплообменникам. Пер. с англ. под ред. Б.С. Петухова, В.К. Шикова, М.: Энергоатомиздат, 1987, т. 2, стр. 451-518.

147. Jeffrey S. Newman, Judi Steeik. Characterization of particulates from Diffusion Flames. Combustion and Flame, vol. 67, num. 1, January, 1987.

148. M. Ben Hamadi, P. Vervisch and A. Cappalle. Radiation Properties of Soot from Premixed Flat Flame, Combustion and Flame, vol. 68, № 1, 1987.

149. Вильям X. Мак-Адаме "Теплопередача", Металлургия, 1961, гл. 4 Лучистый теплообмен (Хойт Хоттель), стр. 87-174.

150. Siddal R.G., Мс Grath I.A. The Emmisivity of Luminous Flames, Ninth Symp.(Int.) Combustion (W.G. Berl., ed.) 1963, pp. 102-110.

151. Sarofim A.F. and Hottel H.C. Radiative Transfer in Combustion Chambers: Influence of Alternative Fuels. Proceedings of 6lh International Heat Transfer Conference, vol.6, Toronto, Canada, 1978, pp. 194-217.

152. M.P. Menguc, W.G. Cummings, R. Viscanta. Radiative Transfer in a Gas Turbine Combustor. Journal of Propulsion and Power, 2, № 3,1986, pp. 241-247.

153. M.P. Menguc, W.G. Cummings, R. Viscanta. Radiative Transfer in a Gas Turbine Combustor. AIAA 20th Thermophysics Conference, AIAA-85-1072.

154. Хаббард, Тьен. Средние коэффициенты поглощения инфракрасного излучения для светящихся пламен и дыма. Труды амер. об-ва инж.-мех.,сер. С, Теплопередача, 1978, т. 100, № 2, стр. 67-73.

155. Пеннер С.С. Количественная молекулярная спектроскопия и излучательная способность газов, ИЛ, 1963.

156. К.Л. Тьен. Радиационные свойства газов. Успехи теплопередачи. Пер. с англ. Мир, Москва, 1971, стр. 280-360.

157. Ю.Я. Бурико, В.Р. Кузнецов. Образование окислов азота при турбулентном диффузионном горении в течениях струйного типа. Труды ЦИАМ, № 1086, 1983.

158. В.Р. Кузнецов. Образование окислов азота в камерах сгорания ГТД. Труды ЦИАМ, № 1086, 1983.

159. T.J. Held, М.А. Mueller, S.-C. Li and H.C. Mongia. A data-driven model for NOx, CO and UHC emissions for a dry low emissions gas turbine combustor. AIAA-2001-3425.

160. H.S. Hura, H. C. Mongia. Prediction of NO emission from a lean dome gas turbine combustor. AIAA-98-3375.

161. S.C. Li, F.A. Williams, K.Gerbert. A simplified, fundamentally based method for calculating NOx emissions in lean premixed combustors. Combustion and Flame, 119, 1999, pp. 367-373.

162. A. Vranos. Turbulent Mixing NOx formation in gas turbine combustors. Combustion and Flame, 22, 1974, pp. 253-258.

163. M.C. Drake, S.M. Correa, R.W. Pitz, W. Shyy, C.P. Fenimore. Superequilibrium and thermal nitric oxide formation in turbulent diffusion flames. Combustion and Flame, 69,1987, pp. 347-365.

164. A. Heyl, H. Bockhorn. Flamelet modeling of NO formation in laminar and turbulent diffusion flames. Chemosphere, 42,2001, pp. 449-462.

165. Д.В. Волков, C.A. Зайцев, В.Ф. Гольцев. Параметрическое исследование образования оксидов азота при горении однородной метановоздушной смеси. Физика горения и взрыва, 1999, т. 35 № 2., стр. 9-15.

166. R. Homma, J.-Y. Chen. Reduced mechanisms for prediction of NO2 formation and ignition delay in methane-air combustion. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, vol. 123, 2001, pp. 303-307.

167. C.P. Fenimor. Reactions of fuel-nitrogen in rich flame gases. Combustion and Flame, 26,1976, pp. 249-256.

168. Ю.Я. Бурико. Эмиссия окислов азота камерами сгорания ГТД. Обзор № 225, ЦИАМ, 1986.

169. Зельдович Я.Б., Садовников П.Я., Франк-Каменецкий Д.А. Окисление азота при горении. - M.-JL: Изд-во АН СССР, 1947 - 147 с.

170. Fenimor C.P. Formation of nitric oxide in premixed hydrocarbon flames. — In.: 13th Symp.(Int.) on Combust., The Combust. Inst., 1971, p. 373.

171. A.A.Westenberg, Comb. Sci. Tech., 4:59, 1971

172. J. Warnatz. NOx formation in high temperature processes. Eurogas'90 Proceedings. Tapir. Trondheim.

173. Bowman C.T. Investigation of nitric oxide formation kinetics in combustion processes: the hydrogen-oxygen-nitrogen reaction. - Comb. Sci. and Techn., 1971,31, N l,p.37.

174. Sarofim A.F., Pohl J.H. Kinetics of nitric oxide formation in premixed flames. — In.: 13-th Symp. (Int.) on Combust., The Combust. Inst., 1971, p. 373.

175. A.N. Hayhurst, I.M. Vince. The origin and nature of "Prompt" nitric oxide in flames. Combustion and Flame, 50, 1983, pp. 41-57.

176. Buchmaier F., Everius K.H. Tust Th. The formation of nitric oxide and detection of HCN in premixed hydrocarbon air flames at 1 atm. Combust. Sci. And Techn., 1973, 7, N 1, p. 77.

177. R.W. Shefer, M. Namazian, J. Kelly. Combustion Research Facility News, vol. 3, N4, Sandia, 1991'.

178: L.D. Smoot, P J. Smith. NOx pollutant formation in a turbulent coal system. Coal combustion and gasification, Plenum, NY, 1985, p. 373.

179. C.T. Bowman. Chemistry of Gaseous Pollutant Formation and Destruction. InW. Bartok and A.F. Sarofim, editors, Fossil Fuel Combustion. J. Wiley and Sons, Canada, 1991.

180. Боумэн K.T. Кинетика образования и разложения загрязняющих веществ при горении. - В кн.: Образование и разложение загрязняющих веществ в пламени. М., 1981.

181. Ceransky N.P., Sawyer R.F. NO и N02 formation in a turbulent hydrocarbon/air diffusion flame. In.: 15th Symp.(Int.) on Combustion. The Combust. Inst., 1975, p. 1039.

182. Allen J.D. Probe sampling of oxide of nitrogen from flames. - Combust. And Flame, 1975, 24, N l,p. 36.

183. Zimont V.L., Polifke W., Bettelini M., Weisenstein W. An efficient Computational Model for Premixed Turbulent Combustion at High Reynolds Numbers Based on a Turbulent Flame Speed Closure. J. Engineering for Gas Turbines and Power (Transactions of the ASME), vol. 120, pp. 526-532, 1998.

184. Zimont V.L. Gas Premixed Combustion at High Turbulence. Turbulent Flame Closure Combustion Model. Proceedings of the Mediterranean Combustion Symposium, Instituto di Richerche sulla Combustione - CNR, Italy, pp. 1155-1165, 1999.

185. GEORGIOS TSATSARONIS. Prediction of Propagating Laminar Flames in Methane, Oxygen, Nitrogen Mixtures. COMBUSTION AND FLAME 29,235-246 (1977)

186. Magnussen B. F., Hjertager В. H., Olsen J. G., Bhaduri, D., Seventeenth Symposium (International) on Combustion, The Combustion Institute, Pittsburgh, 1978, pp. 1383-1393

187. I. R. Gran, B. F. Magnussen. A numerical study of a bluff-body stabilized diffusion flame, part 2. influence of combustion modeling and finite-rate chemistry. Combustion Science and Technology, 119:191, 1996

188. G. G. De Soete. Overall Reaction Rates of NO and N2 Formation from Fuel Nitrogen.

In 15th Symp. (Int'l.) on Combustion, page 1093. The Combustion Institute, 1975.

189. C.T.Bowman. Chemistry of Gaseous Pollutant Formation and Destruction. In W. Bartok and A. F. Sarofim, editors, Fossil Fuel Combustion. J. Wiley and Sons, Canada, 1991.

190. V. L. Zimont, A. Lipatnikov, "A numerical model of premixed turbulent combustion of gases", Chem. Phys. Reports 14(7), 993-1025 (1995).

w cSf MZ-ЖР ^

191. O. L. Gulder, Twenty-Third Symposium (International) on Combustion, The Combustion Institute, Pittsburgh, 1990, pp. 743-750.

192. Y. Liu, M. Ziegler, and B. Lenze, Proc. Joint Meeting of the British - German Sections of the Combustion Institute, Cambridge (UK), pp. 64-67 (1993).

193. A.B. Талантов. Горение в потоке, Казань, 1978 г.

194. Полноразмерная камера сгорания ПКС-94ТК. Исследование течения в диффузоре и измерение гидравлических потерь. Технический отчет № 23825, ОАО "Авиадвигатель", 1991.

195. Application of an advanced CFD-based analysis system to the PW6000 combustor to optimize exit temperature distribution, ASME paper № 2001-GT-62,2002.

196. Технический акт № 33799, ОАО "Авиадвигатель", 1999.

197. М.Н. Lewis, L.D. Smoot. Turbulent Gaseous Combustion. Part I: Local Species

Concentration Measurements. Combustion and Flame, 1981, v. 42, pp. 183-196.

198. J. Schluter, T. Schonfeld, T. Poinsot, W. Krebs, S. Hoffmann. Characterization of confined swirl flows using large eddy simulations, труды ASME Turbo Expo 2001.

199. Гомзиков Л.Ю., Куценко Ю.Г. «Разработка программы для определения скорости распространения фронта ламинарного пламени и состава продуктов сгорания», в сборнике тезисов к докладам на международной научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития двигателестроения», г. Самара, 21-23 июня 2006 г., стр. 76-77.

200. W.-W. Kim et al. Towards modeling lean blow out in gas turbine flameholder applications, GT2004-53967, proceedings of ASME Turbo Expo 2004.

201. Yu.G. Kutsenko, S.F. Onegin, L.Y. Gomzikov, A. Belokon', V. Zakharov. Modeling approach for lean blowout phenomenon. GT2007-27699, proceedings of ASME Turbo Expo 2007.