Расчётные методики для прогнозирования характеристик фронтовых устройств камер сгорания газотурбинных двигателей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.07.05, кандидат наук Назукин, Владислав Алексеевич

• Назукин, Владислав Алексеевич
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Назукин, Владислав Алексеевич

Оглавление

Стр.

Введение

1. Анализ состояния проблемы

1.1 Общие сведения о разработке малоэмиссионных камер сгорания

1.1.1 Регулирование эмиссии вредных веществ

1.1.2 Механизмы образования вредных веществ

1.1.3 Технологии снижения эмиссии вредных веществ в авиационных ГТД

1.1.4 Технологии снижения эмиссии вредных веществ в промышленных

ГТД

1.2 Проектирование фронтовых устройств малоэмиссионных камер сгорания

1.2.1 Основные проблемы разработки МЭКС

1.2.2 Анализ процесса проектирования фронтовых устройств

1.2.3 Численное прогнозирование характеристик фронтовых устройств

1.2.4 Требования к расчётным моделям

1.3 Выводы по главе

2. Численные методы для прогнозирования характеристик фронтовых устройств

2.1 Методы, основанные на осреднённых по Рейнольдсу уравнениях Навье-Стокса

2.1.1 Основные уравнения газовой динамики

2.1.2 Модели турбулентности, использующие гипотезу турбулентной вязкости

2.1.3 Модели напряжений Рейнольдса

2.2 Вихреразрешающие методы

2.2.1 Моделирование крупных вихрей

2.2.2 Комбинированные модели

2.3 Моделирование перемешивания топлива с воздухом

2.3.1 RANS подход

2.3.2 Использование LES для определения турбулентного числа Шмидта

2.4 Методы численного решения

2.4.1 Дискретизация уравнений

2.4.2 Алгоритм вычислений

2.5 Выводы по главе

3. Разработка методики прогнозирования аэродинамики фронтовых устройств 66 3.1 Экспериментальная база для разработки методики

3.1.1 Исследование течения несжимаемой жидкости в модельном фронтовом устройстве

3.1.2 Исследование течения сжимаемой жидкости в модельном фронтовом устройстве

3.1.3 Исследование шума, генерируемого фронтовым устройством

3.2 Моделирование течения несжимаемой жидкости во фронтовом устройстве №1

3.2.1 Подготовка расчётных моделей

3.2.2 Анализ результатов стационарных расчётов

3.2.2 Анализ результатов нестационарных расчётов

3.2.3 Выводы по результатам расчётов фронтового устройства №1

3.3 Моделирование течения сжимаемой жидкости во фронтовом устройстве №2

3.3.1 Подготовка расчётных моделей

3.3.2 Результаты расчётов

3.3.3 Выводы по результатам расчётов фронтового устройства №2

3.4 Моделирование течения сжимаемой жидкости во фронтовом устройстве №3

3.4.1 Подготовка расчётной модели

3.4.2 Результаты расчётов

3.4.3 Выводы по результатам расчётов фронтового устройства №3

3.5 Методика прогнозирования аэродинамических характеристик фронтовых устройств

3.5.1 Разработка методики

3.5.2 Апробация методики в процессе проектирования фронтового устройства

3.6 Выводы по главе

4. Разработка методики прогнозирования процесса перемешивания топлива с

воздухом

4.1 Прогнозирование турбулентного перемешивания струи топлива в поперечном потоке

4.1.1 Экспериментальное исследование процесса перемешивания

4.1.2 Подготовка расчётной модели

4.1.3 Анализ полученных результатов

4.2 Исследование процесса перемешивания во фронтовом устройстве камеры сгорания

4.2.1 Постановка задачи и подготовка расчётных моделей

4.2.2 Результаты моделирования перемешивания методом крупных вихрей

4.2.3 Результаты прогнозирования полей концентрации с использованием RANS и DES подходов

4.2.4 Методика прогнозирования процесса перемешивания топлива с воздухом

4.3 Выводы по главе

Заключение

Список сокращений и условных обозначений

Библиографический список

Приложение А

Приложение Б

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Расчётные методики для прогнозирования характеристик фронтовых устройств камер сгорания газотурбинных двигателей»

Введение

Актуальность темы исследования.

В настоящее время одной из наиболее актуальных задач, стоящих перед разработчиками и производителями газотурбинной техники, является обеспечение низкой эмиссии вредных веществ. С одной стороны, это обусловлено периодическими ужесточениям экологических требований ко всем типам тепловых двигателей, а с другой - получением конкурентного преимущества при продвижении своей продукции. Основные загрязняющие вещества, образующиеся при сжигании ископаемых топлив, -это оксиды азота (NOx), монооксид углерода (СО), несгоревшие углеводороды (СНх) и дым, однако, наиболее остро стоит вопрос о снижении эмиссии NOx. В настоящее время в большинстве промышленных газотурбинных двигателей таких компаний, как General Electric, Siemens, Mitsubishi Heavy Industries, Kawasaki, имеющих низкий уровень выбросов NOx, реализуется технология сжигания бедной (коэффициент избытка воздуха больше единицы) предварительно перемешанной топливовоздушной смеси. Она позволяет снизить эмиссию оксидов азота за счет исключения образования термических NOx при высокой температуре пламени.

Одним из наиболее важных элементов малоэмиссионных камер сгорания (МЭКС) является премиксер, который представляет собой часть фронтового устройства, включающую в себя завихрители и каналы предварительного перемешивания, и отвечает за формирование требуемых полей скорости и концентрации топлива на входе в жаровую трубу. Это связано с тем, что распределение топлива оказывает существенное влияние на процесс горения и эмиссию вредных веществ. Помимо необходимости обеспечения высокого качества перемешивания топлива с воздухом, разработка бедных камер сгорания, сопровождается такими проблемами, как проскок пламени, способный привести к повреждению конструкции МЭКС и бедный срыв пламени, ограничивающий диапазон работы ГТУ в малоэмиссионном режиме. Кроме того, во фронтовом устройстве генерируются вихревые структуры, такие как следы от лопаток, прецессирующее вихревое ядро (ПВЯ), которые вызывают периодические возмущения в потоке и могут способствовать возникновению виброгорения и повреждению конструкции камеры сгорания.

В последние годы, в связи с развитием вычислительной техники и программного обеспечения для численного моделирования газодинамических процессов, появилась возможность построить проектирование фронтовых устройств камер сгорания на основе

численного моделирования процессов течения воздуха и его перемешивания с топливом, что предполагает отказ от натурного эксперимента до этапа испытаний опытного образца всей камеры сгорания. Исходя из обозначенных выше проблем, расчётные модели, используемые при проектировании премиксеров, должны с высокой точностью прогнозировать аэродинамические характеристики ФУ: структуру течения, распределение расходов воздуха, поля скорости и пульсаций скорости, вихревые структуры - а также характеристики перемешивания: поля концентрации и пульсаций концентрации. При этом для достижения целевых параметров фронтового устройства (требуемых распределений скорости и концентрации на входе в жаровую трубу, отсутствия отрывов потока и застойных зон внутри канала предварительного перемешивания), как правило, требуется анализ большого количества вариантов конструкции. Это определяет актуальность задачи по разработке соответствующих расчётных методик, позволяющих осуществлять прогнозирование характеристик фронтовых устройств в процессе многовариантного проектирования.

Степень разработанности темы.

Работы по верификации расчётных моделей для проектирования фронтовых устройств МЭКС выполнялись в ФГУП «ЦИАМ им. П.И. Баранова», Самарском университете, ВТИ, Техническом университете Берлина, Университетах Лидса и Loughborough (Великобритания), лаборатории горения Калифорнийского университета, а также в компании Siemens. Результаты рассмотренных исследований отличаются друг от друга с точки зрения, как модели турбулентности, так и значения турбулентного числа Шмидта, позволяющих получить хорошее совпадение с экспериментом. Также отсутствуют однозначные данные о влиянии расчётной сетки на результаты численного моделирования. Таким образом, анализ выполненных работ не позволяет однозначно определить параметры расчётных моделей, которые должны использоваться на различных этапах проектирования премиксеров.

Цель работы:

Разработка расчётных методик для прогнозирования характеристик фронтовых устройств камер сгорания промышленных ГТД, которые позволят обеспечить достижение их целевых параметров в процессе многовариантного проектирования.

Задачи работы:

1. Анализ проблем, сопровождающих разработку фронтовых устройств, построение алгоритма проектирования, формирование комплекса требований к расчётным моделям, используемым на различных этапах разработки.

2. Разработка расчётной методики для оценки аэродинамических характеристик фронтовых устройств.

3. Разработка расчётной методики для моделирования процесса перемешивания газообразного топлива с воздухом.

Объект и предмет исследования.

Объект исследования - процессы течения и перемешивания воздуха и топлива во фронтовых устройствах камер сгорания ГТУ. Предмет исследования - расчётные модели, используемые для прогнозирования характеристик фронтовых устройств.

Научная новизна.

1. Разработана методика для прогнозирования аэродинамических характеристик фронтовых устройств в процессе их многовариантного проектирования, отличающаяся тем, что выбор параметров расчётной модели привязан к этапу проектирования фронтового устройства и целевым параметров потока в конкретном расчёте.

2. Впервые определено распределение турбулентного числа Шмидта внутри канала предварительного перемешивания, продемонстрировавшее нарушение гипотезы градиентного замыкания, используемой для определения турбулентного потока пассивной примеси в системе осреднённых по Рейнольдсу уравнений Навье-Стокса.

3. Разработан новый подход к определению значения турбулентного числа Шмидта, параметров расчётной сетки и модели турбулентности для прогнозирования перемешивания топлива с воздухом на основании предварительного определения параметров полей концентрации с помощью метода крупных вихрей.

Теоретическая и практическая значимость работы.

Теоретическая значимость работы заключается в разработке расчётных методик, которые позволяют достичь целевые параметров фронтового устройства с точки зрения его аэродинамики и распределения топлива на этапе проектирования. Практическая значимость заключается в возможности использования разработанных методик в соответствии с предложенным алгоритмом разработки фронтовых устройств при проектировании новых или доработке существующих малоэмиссионных камер сгорания ГТД.

Методика прогнозирования аэродинамических характеристик премиксеров была успешно использована при разработке многомодульной малоэмиссионной камеры сгорания для ГТУ мощностью 25 МВт, которая при испытаниях в составе отсека подтвердила эмиссию N0x^50 мг/м3 и С0^100 мг/м3 в диапазоне режимов работы

70...100 % от номинальной мощности. На жаровую трубу с фронтовым устройством получен патент №2633982.

Результаты работы содержатся в отчётах о реализации научного проекта международной исследовательской группой учёных на базе государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования и (или) научной организацией Пермского края по теме: «Математическое моделирование турбулентного смешения топлива и воздуха в малоэмиссионной камере сгорания газотурбинного двигателя и его реализация на суперкомпьютерах с применением ускорителей».

Данная работа была поддержана Министерством образования и науки Российской Федерации в рамках реализации Программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» в рамках соглашения № 14.587.21.0033 от 28.07.2016 г. (RFMEFI58716X0033).

Методы исследования:

- Трёхмерное численное моделирование течений в стационарной и нестационарной постановках на основе решения осреднённых по Рейнольдсу уравнений Навье-Стокса, метода крупных вихрей, а также комбинированных подходов (DES и SAS).

- Экспериментальное исследование полей скорости и пульсаций скорости во фронтовом устройстве с использованием бесконтактных панорамных методов измерения параметров потока.

- Экспериментальное исследование шума, генерируемого фронтовым устройством камеры сгорания ГТУ.

Положения, выносимые на защиту:

1. Алгоритм проектирования фронтовых устройств, основанный на трёхмерном численном моделировании процессов течения воздуха и его перемешивании с топливом;

2. Расчётная методика для определения аэродинамических характеристик фронтовых устройств камер сгорания ГТД;

3. Расчётная методика для моделирования процесса перемешивания газообразного топлива с воздухом.

Достоверность полученных результатов подтверждается:

- использованием сертифицированного коммерческого программного комплекса ANSYS CFX (США), апробированного в АО «ОДК-Авиадвигатель» по

результатам сравнения результатов расчётов с результатами экспериментальных исследований;

- совпадением результатов численного моделирования течения в трёх различных фронтовых устройствах с результатами экспериментов;

- совпадением результатов численного моделирования турбулентного перемешивания с результатами измерений.

Апробация результатов исследования.

Основные результаты работы были представлены на XIV Всероссийской научно-технической конференции «Аэрокосмическая техника, высокие технологии и инновации» (Пермь, 2013 г.); на Научно-техническом конгрессе по двигателестроению (Москва, 2014 г.); на Международной конференции «ASME Turbo Expo 2014: Power for Land, Sea and Air» (Дюссельдорф, 2014 г.); на LXI Научно-технической сессии по проблемам газовых турбин и парогазовых установок «Научные и практические проблемы использования достижений авиадвигателестроения в наземных ГТУ» (Пермь, 2014 г.); на Международной конференции «ICFMHTT 2014: International conference on fluid mechanics, heat transfer and thermodynamics» (Барселона, 2014 г.); на Международной конференции «SPEIC14 - Towards sustainable combustion» (Лиссабон, 2014 г.); на XVI Всероссийской научно-технической конференции «Аэрокосмическая техника, высокие технологии и инновации» (Пермь, 2015 г.); на Всероссийской научно-технической конференции «Авиадвигатели XXI века» (Москва, 2015 г.); на Международной конференции «ASME Turbo Expo 2016: Turbomachinery Technical conference and Exposition» (Сеул, 2016 г.); на международной конференции ««Проблемы и перспективы развития двигателестроения» (г. Самара, 2018 г.).

Публикации.

По теме диссертации опубликованы 7 статей, из них 3 в периодических изданиях, включенных в перечень ВАК РФ и 2 в изданиях, индексируемых в базе данных Web of Science.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 100 наименований и 2 приложений. Основной текст содержит 161 страницу, 96 иллюстраций и 7 таблиц.

1. Анализ состояния проблемы

В данной главе представлены основные сведения об эмиссии вредных веществ, рассматриваются существующие концепции малоэмиссионных камер сгорания, а также проблемы их разработки. Предложен подход к проектированию фронтовых устройств, построенный на численном моделировании, в связи с чем выполнен обзор работ, посвященных расчётам фронтовых устройств и определены требования к расчётным моделям.

1.1 Общие сведения о разработке малоэмиссионных камер сгорания 1.1.1 Регулирование эмиссии вредных веществ

В последние десятилетия во всём мире большое внимание уделяется экологии тепловых двигателей. Это затрагивает как авиационные газотурбинные двигатели (ГТД), так и промышленные газотурбинные установки (ГТУ), используемые для механического привода или выработки электроэнергии.

К вредным веществам относят те соединения, которые не являются нормальными продуктами реакции окисления углеводородного топлива [1]: монооксид углерода (СО), оксиды азота (ЫОх), несгоревшие углеводороды (СНх), дым, оксиды серы (БОх) и пр.

В авиационных двигателях, согласно требованиям Международной Организации Гражданской Авиации (ICAO), регулируется эмиссия газообразных СО, ЫОх и СНх для стандартного взлётно-посадочного цикла (СВПЦ): взлёт, набор высоты до 914 метров, снижение с этой же высоты и руление. Величина эмиссии определяется как отношение массы вредного вещества, выброженного за СВПЦ к тяге двигателя на взлётном режиме на уровне моря. В современных авиадвигателях основным вредным веществом является ЫОх [1]. Согласно решению 8 заседания Комитета по защите окружающей среды от воздействия авиации (CAEP) 1САО для двигателей с суммарной степенью повышения давления >30 утверждены следующие целевые нормы снижения эмиссии оксидов азота [2]: на 45 % от норм 2008 г. к 2020 г. (среднесрочный уровень) и на 60±5 % от норм 2008 года к 2030 г. (долгосрочный уровень).

В настоящее время для регулирования эмиссии дыма используется параметр, называемый числом дымности (БЫ) [1], который характеризует видимые частицы сажи,

но с 2020 года он будет заменен стандартом на эмиссию нелетучих твёрдых частиц (нлТЧ), которые включают в себя все частицы в выходной плоскости сопла, которые не испаряются при нагреве до 350 ° С [3].

Эмиссия вредных веществ стационарных ГТУ, как правило, регламентируется законами той страны, в которой осуществляется эксплуатация двигателя. В Российской Федерации выбросы вредных веществ ГТУ нормируются ГОСТ 28775-90 для газоперекачивающих агрегатов с газотурбинными приводами и ГОСТ 29328-92 для газотурбинных установок привода электрогенераторов. Для первых нормы на эмиссию NOx и СО в выхлопных газах составляют соответственно 150 мг/м3 и 300 мг/м3 при нормальных условиях с приведением к 15 % О2, а для вторых законодательно регулируется только эмиссия NOx, которая для ГТУ, вводимых в эксплуатацию с 1 января 1995 года, составляет не более 50 мг/м3 при нормальных условиях с приведением к 15 % О2. В некоторых регионах, где наблюдаются проблемы со смогом, требования к эмиссии NOx могут быть намного жёстче, так, например, в Южной Калифорнии эмиссия NOx не должна превышать 9 ppmv (частей на миллион по объему) с приведением к 15 % О2 [1]. Приведение к 15% О2 выполняется для того, чтобы нивелировать неопределенность при сравнении различных наборов экспериментальных данных, а также учесть тот факт, что ГТУ, имеющие более высокую температуру газа, генерируют больше NOx.

1.1.2 Механизмы образования вредных веществ

Уровень эмиссии вредных веществ, как правило напрямую связан с температурой и давлением в камере сгорания, временем пребывания и распределением топлива. Ниже будут кратко рассмотрены основные механизмы образования вредных веществ, согласно работам A.H.Lefebvre и T.Lieuwen [1,4].

СО

Существует два основных пути образования СО:

А) равновесный СО, когда СО образуется в результате диссоциации СО2 при высокой температуре и является естественным продуктом процесса горения;

Б) СО, образующийся из-за низкой полноты сгорания, когда он не успевает окислиться до СО2 из-за недостаточного времени пребывания в зоне горения, плохого перемешивания топлива с воздухом или разбавления пламени охлаждающим воздухом.

На рисунке 1.1 представлены зависимости эмиссии СО и ЫОх от адиабатической температуры пламени в первичной зоне КС.

120

30

Диапазон

О1— 1500

_и_I_I_I_о

1600 1700 1800 1900 2000 2100

о. о.

Температура в первичной зоне, К

1000 К <

Диапазон температуры в традиционных КС

-> 2500 К

Рисунок 1.1 - Зависимость эмиссии СО и ЫОх от температуры в первичной зоне

Как видно из представленного графика, минимум эмиссии СО наблюдается при температуре пламени 1700...1900 К, при снижении температуры эмиссия СО увеличивается из-за снижения полноты сгорания топлива, так как увеличивается время, необходимое для окисления СО до СО2, в то время как при увеличении температуры начинает увеличиваться концентрация равновесного СО. Подобные зависимости эмиссии СО от температуры были экспериментально получены в работах [5-7] для различных типов фронтовых устройств и различных топлив.

На эмиссию СО оказывают влияние многие факторы, в их числе давление и температура воздуха на входе в камеру сгорания, их увеличение приводит к снижению эмиссии СО.

Несгоревшие углеводороды являются результатом незавершенных химических реакций, следовательно, их основной источник - низкая полнота сгорания топлива. При сжигании жидкого топлива источником СНх могут быть большие капли топлива, которые пролетают сквозь фронт пламени и не успевают испариться. В целом, влияние различных факторов на эмиссию СНх аналогично их влиянию на эмиссию СО, за исключением того, что при росте адиабатической температуры пламени выше 1900 К эмиссия СНх продолжает снижаться.

СНх

Дым

Источником дыма в КС ГТД являются области с высокой температурой и низким значением коэффициента избытка воздуха вблизи испаряющихся капель топлива, при этом большая часть сажи, которая генерируется в первичной зоне, сгорает ниже по течению. В связи с тем, что сажа, которая на 96% состоит из углерода, не является равновесным продуктом процесса горения при коэффициенте избытка воздуха, характерном для ГТД, её концентрация не может быть предсказана с помощью термодинамики или химической кинетики и, в основном, зависит от физических процессов испарения топлива и перемешивания. Для ГТУ, работающих на газовом топливе, эмиссия дыма не является проблемой.

Большая часть оксида азота (N0), образуемого в КС, окисляется до N02, поэтому их обычно объединяют и представляют результаты в виде N0x. Существует четыре механизма образования N0: термический, N20 механизм, быстрый и топливный.

Термический механизм представляет собой окисление атмосферного азота в высокотемпературных областях вблизи пламени и в продуктах сгорания. Он описывается набором реакций, называемых механизмом Зельдовича:

Для протекания данных реакций необходима первоначальная диссоциация молекул кислорода на атомарный кислород («1), которая начинается при температуре выше 1850 К. Эмиссия оксидов азота экспоненциально зависит от температуры, что видно на рис. 1.1. В работах [8,9] приводятся зависимости эмиссии N0x от температуры, для ГТУ компаний GE и ALST0M, согласно которым увеличение температуры в камере сгорания на 100 К приводит к увеличению эмиссии N0x в 4...8 раз. В данном механизме ограничивающей является реакция («2) из-за её высокой энергии активации, и в реальных КС ГТД концентрация N0x не успевает достичь равновесного значения и увеличивается с увеличением времени пребывания.

Молекулярный азот при реакции с атомарным кислородом может образовать N0 напрямую, согласно реакции («2), а может через N20:

N0x

02 ^ 20 + О ^N0 + N N + 02^ N0 + О N + ОН ^N0 + Н

(Л1) («2) ^3) («4)

n2 + О + M ^ N2O + м

N20 + О ^ 2N0 N20 + H ^ NO + NH N20 + CO ^ NO + NCO

(R5) (R6) (R7) (R8)

В то же время могут протекать реакции:

N20 + О ^N2 + 02 (R9)

N20 + H^N2 + ОН (R10)

Относительно низкие скорости реакций, представленных выше, уменьшают их вклад в общую эмиссию NOx в КС ГТД, однако, при некоторых условиях вклад данного механизма может быть сравним с термическими NO.

В противопоставление термическому и N2O механизмам, в которых NO образуется при взаимодействии N2 и O, в углеводородных пламенах NO может образовываться при взаимодействии N2 c радикалами СН (быстрый механизм).

N2 + СН ^ HCN + N (R11)

Далее происходит окисление атомов N, согласно реакциям R3 и R4 механизма Зельдовича, а также молекул HCN по пути HCN ^ CN ^ NCO ^ N0. «Быстрые» NO образуются, в основном, вблизи фронта пламени, где присутствуют радикалы CH. Согласно результатам исследований, «быстрые» NO не зависят от давления при горении бедной смеси.

Топливный механизм предполагает образование NO за счёт окисления связанного с топливом азота, доля которого может достигать 1,8% в тяжелых жидких топливах. Скорость образования NO слегка возрастает с увеличением температуры. При сжигании газообразных топив, в особенности, природного газа, вклад данного механизма пренебрежимо мал.

Согласно аналитическим оценкам [1], в камере сгорания со сжиганием бедной предварительно перемешанной смеси при температуре горения 1900 К и коэффициенте избытка топлива 0,8 вклад различных механизмов будет следующим: 60 % - термический, 30 % - быстрый, 10 % - N2O. При снижении температуры до 1500 К и коэффициента избытка топлива до 0,6 распределение изменится: 5 % - термический,

30 % - №O и 65 % - быстрый. Таким образом, при проектировании КС ГТУ с ультранизкой эмиссией NOx необходимо учитывать вклад всех механизмов.

В настоящее время, как для авиационных ГТД, так и для ГТУ основной проблемой является снижение эмиссии NOx, большая часть которых образуется по термическому механизму. Это определяет основной принцип концепций малоэмиссионных КС - контроль температуры и времени пребывания в зоне горения, на которую накладываются ограничения, связанные с эмиссией дыма, СО, CHx, розжигом и т. д.

1.1.3 Технологии снижения эмиссии вредных веществ в авиационных ГТД

В авиационных двигателях в настоящее время используются различные технологии организации рабочего процесса в камерах сгорания для снижения эмиссии NOx. Как правило, выделяют следующие концепции: RQL, LPP, PERM, Стадийное горение и LDI. Ниже каждая из них будет рассмотрена более подробно.

Суть концепции RQL (Rich, quick Quench, Lean - Богатая, быстрое разбавление, бедная) заключается в сжигании в первичной зоне камеры сгорания топливовоздушной смеси с коэффициентом избытка топлива меньше единицы, затем быстрое разбавление и дожигание во вторичной зоне бедной смеси. Снижение эмиссии NOx обеспечивается за счет низкой температуры в первичной зоне из-за недостатка окислителя и низкой температуры во вторичной из-за избытка окислителя. Основным недостатком данной концепции является неизбежный переход через стехиометрию в области разбавления, что ограничивает минимально возможный уровень эмиссии NOx [1]. В то же время подобные камеры сгорания не нуждаются в сложной системе автоматики и обеспечивают хорошую устойчивость горения.

В настоящее время вершиной развития схемы богато-бедного горения является концепция Advanced RQL [4], которая предполагает использование фронтовых устройств, позволяющих получить равномерное распределение капель топлива небольшого диаметра, и быстрого перемешивания, сокращающего общее время пребывания. Примером реализации данной концепции является камера сгорания TALON X компании Pratt & Whitney, представленная на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 - Камера сгорания TALON X

Концепция LPP (Lean Premixed Prevaporized - Бедная предварительно перемешанная и испарённая) заключается в сжигании полностью гомогенной смеси топлива и воздуха при коэффициенте избытка воздуха близкому к границе бедного срыва [1]. Низкая температура в зоне горения обеспечивает низкую эмиссию NOx даже при большом времени пребывания в камере сгорания, необходимом для получения низкой эмиссии СО и СНх. В КС данной схемы практически отсутствует образование углерода, что практически исключает эмиссию сажи, а также существенно снижает радиационный нагрев стенок камеры сгорания. Основной проблемой концепции LPP является самовоспламенение топливовоздушной смеси, так как для испарения топлива необходимо большое время пребывания внутри фронтового устройства, кроме того, при сжигании гомогенной бедной топливовоздушной смеси увеличивается вероятность возникновения виброгорения. Образец фронтового устройства для камеры сгорания LPP, разработанный компанией AVIO в рамках проекта LOPOCOTEP [10] представлен на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3 - LPP фронтовое устройство компании AVIO

PERM (Partial Evaporation and Rapid Mixing) - частичное испарение и быстрое перемешивание, в данной концепции предполагается испарение части топлива внутри фронтового устройства и его быстрое перемешивание внутри жаровой трубы для обеспечения оптимального положения фронта пламени и характеристик устойчивости. На рисунке 1.4 представлено фронтовое устройство компании AVIO, которое первоначально разрабатывалось в рамках проекта NEWAC (NEW Aviation engine Core) [11] и продемонстрировало снижение эмиссии NOx на 65% от норм ИКАО 1996 года, в настоящее время работа над ним продолжается в рамках проекта LEMCOTEC (Low EMission Combustor TEChnologies) [12], в результате которой должно быть достигнуто снижение эмиссии NOx на 80% от норм ИКАО 1996 года.

Рисунок 1.4 - Фронтовое устройство концепции PERM (слева) и камера сгорания

(справа)

LDI (Lean Direct Injection) - непосредственный впрыск топлива в камеру сгорания и сжигание бедной смеси с пилотной поддержкой. Снижение эмиссии NOx и обеспечение запаса по бедному срыву пламени достигается за счёт оптимизации распределения топлива между контурами и взаимодействия пилотного и основного пламени. Наиболее известным образцом является фронтовое устройство, разработанное в Rolls-Royce Deuchland (RRD), представленное на рисунке 1.5. Его разработка и исследование осуществлялось в рамках программ 3E (Environment, Efficiency, Economy) [13] и NEWAC [11]. В данном фронтовом устройстве пилотный контур работает на запуске и поддерживает горение основного контура, подключающегося в 2 этапа, на высоких режимах. При испытаниях данной камеры сгорания была получена эмиссия NOx на 70 % ниже норм ИКАО 1996 года.

Рисунок 1.5 - Фронтовое устройство (слева) и камера сгорания LDI (справа)

В рамках проекта NEWAC область применения концепций LPP, PERM и LDI была определена следующим образом: LPP - двигатели со степенью повышения полного давления ) 15...25, где не так остро проявляются проблемы с проскоком пламени и самовоспламенением; PERM - =20.35; LDI - < >30.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Назукин, Владислав Алексеевич, 2018 год

Список литературы

1. Lefebvre, A.H. Gas Turbine Combustion Third Edition: Alternative Fuels and Emission. / A.H. Lefebvre, DR. Ballal. - CRC Press, 2010. - 537 p.

2. Report of the Committee on Aviation Environmental Protection, Eighth Meeting [Электронный документ], Doc. 9938. - ICAO, 2010.

3. Доклад Комитета по охране окружающей среды от воздействия авиации, десятое совещание [Электронный документ], Doc.10069. - ICAO, 2016.

4. Lieuwen, T.C. Gas turbine emissions. / T.C. Lieuwen, V. Yang - Cambridge University Press, 2013. - 368 p.

5. Kendrick, D.W. NOx Scaling Characteristics for Industrial Gas turbine Fuel Injectors / D.W. Kendrick, A. Bhargava, M.B. Colket, W.A. Sowa, D.J. Maloney and K.H. Casleton // Proceedings of ASME Turbo Expo 2000: Power for Land, Sea and Air. - 2000. -May 8-11. - Paper № 2000-GT-0098.

6. Flores, R.M. Response of a Model Gas Turbine Combustor to Variation in Gaseous Fuel Composition / R.M. Flores, M.M. Miyasato, V.G. McDonell, G.S. Samuelsen // Proceedings of ASME Turbo Expo 2000: Power for Land, Sea and Air. - 2000. - May 8-11. -Paper № 2000-GT-0141.

7. Brückner-Kalb, J.R. Development of a Fuel-Air Premixer for a Sub-ppm NOx Burner / J.R. Brückner-Kalb, C. Napravnik, C. Hirsch, T. Sattelmayer // Proceedings of ASME Turbo Expo 2007: Power for Land, Sea and Air. - 2007. - May 14-17. - Paper № GT2007-27779.

8. Myers, G. Dry, Low Emissions for the "H" Heavy-Duty Industrial Gas Turbines: Full-Scale Combustion System Rig Test Results / G. Myers, D. Tegel, M. Feigl, F. Setzer, W. Bechtel, D. Fitts, C. Bernard, R S. Tuthill // Proceedings of ASME Turbo Expo 2003. - 2003. -June 16-19. - Paper № GT2003-38193.

9. Guyot, D. Staged Premix EV Combustion in Alstom's GT24 Gas Turbine Engine / D. Guyot, T. Meeuwissen, D. Rebhan // Proceedings of ASME Turbo Expo 2012: Turbine technical conference and exposition. - 2012. - June 11-15. - Paper № GT2012-70102.

10. Penanhoat, O. Low Emissions Combustor Technology Developments in the European Programmes LOPOCOTEP and TLC / O. Penanhoat // Proceedings of 25th International congress of the aeronautical sciences. - 2006.

11. Colantuoni, S. Low emission combustors development for new aero-engine core applications / S. Colantuoni, S. Bake, J.P. Badet // Proceedings of 5th Eoropean Congress on Computational Methods in Applied Sciences and Engineering. - 2008.

12. Bank, R. Advanced core engine technologies assessment & Validation / R. Bank, S. Donnerhack, A. Rae, F. Poutriquet, A. Lundbladh, A. Schweinberger // Proceedings of 11th European Conference on Turbomachinery, Fluid Dynamics & Thermodynamics. - 2015. -March 23-27.

13. Mongia H.C. TAPS-A 4th Generation Propulsion Combustor Technology for Low Emissions / H.C. Mongia // Proceedings of AIAA/ICAS International Air and Space Symposium and Exposition: The next 100 Y. -2003. - July 14-17. - Paper № AIAA 2003-2657.

14. Mongia H.C. ПУ GE Aviation Emissions Combustion Technology Evolution / H.C. Mongia // Proceedings of SAE. - 2007. - Paper № 2007-01-3924.

15. Chang, C. T. NASA Enviromentally Responsible Aviation Project Develops Next-Generation Low-Emissions Combustor Technologies (Phase I) / C.T. Chang, C-M. Lee, J.T. Herbon, S.K. Kramer // Aeronautics & Aerospace Engineering. - 2014. - V.2, Issue 4.

16. Rokke, P.E. Technology update on gas turbine dual fuel, dry low emission combustion systems / P.E. Rokke, J.E. Hustad, N.A. Rokke, O.B. Svendsgaard. // Proceedings of ASME Turbo Expo 2003: Power for Land, Sea and Air. - 2003. - June 16-19. - Paper № GT2003-38112.

17. Barkey, C. Rolls-Royce Industrial Trent: combustion and other technologies / C. Barkey, S. Richards, N. Harrop, P. Kotsiopriftis, R. Mastroberardino, D. Squires, T. Scarinci // Proceedings of International Symposium of Air Breathing Engines. - 1999. -Paper № ISABE99-7285.

18. Smith, K.O. Developments in dry low emissions systems / K.O. Smith, D.C. Rawlins, R.C. Steele // Proceedings of 2000 International Pipeline Conference. - Vol. 2. -2000. - Paper № IPC2000-267.

19. Döbbeling K. 25 Years of BBC/ABB/Alstom Lean Premixed Combustion Technologies / K. Döbbeling, H. Koch // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. -Volume 129. - Issue 1. - 2005.

20. Lindholm A. Combustion Stability and Emissions in a Lean Premixed Industrial Gas Turbine Burner Due to Changes in the Fuel Profile / A. Lindholm, D. Lörstad, P. Magnusson, P. Anderson and T. Larsson // Proceedings of ASME Turbo Expo 2009: Power for Land, Sea and Air. - 2009. - June 8-12. - Paper № GT2009-59409.

21. Andersson M. Pentane Rich Fuels for Standart Siemens DLE Gas Turbines // M. Andersson, A. Larsson, A.M. Carrera // Proceedings of ASME Turbo Expo 2011. - 2011. -June 6-10. - Paper № GT2011 -46099.

22. Lörstad D. Experimental and LES Investigation of a SGT-800 Burner in a Combustion Rig / D. Lörstad, A. Lindholm, N. Alln, C. Fureby, A. Lantz, R. Collin, M. Alden // Proceedings of ASME Turbo Expo 2010: Power for Land, Sea and Air. - 2010. - June 14-18.

- Paper № GT2010-22688.

23. Lörstad D. Siemens SGT-800 Industrial Gas Turbine Enhanced to 50 MW: Combustor Design Modifications, Validation and Operation Experience / D. Lörstad, A. Lindholm, J. Petterson, M. Björkman, I. Hultmark // Proceedings of ASME Turbo Expo 2013: Turbine Technical Conference and Exposition. - 2013. - June 3-7. - Paper № GT2013-95478.

24. Carrera A.M. Verification of Single Digit Emission Performance of a 24 MW Gas Turbine - SGT-600 3rd Generation DLE / A.M. Carrera, P. Geipel, A. Larsson, R. Magnusson // Proceedings of ASME Turbo Expo 2017: Turbomachinery Technical Conference and Exposition. - 2017. - June 26-30. - Paper № GT2017-63089.

25. Zajadatz M. Development and Implementation of the AEV Burner for the Alstom GT13E2 / M. Zajadatz, D. Pennell, S. Bernero, B. Paikert, R. Zoli, K. Döbbeling // Proceedings of ASME Turbo Expo 2012. - 2012. - June 11-15. - Paper № GT2012-68471.

26. Sangl J. Dynamic Adaptation of Aerodynamic Flame Stabilization of a Premix Swirl Burner to Fuel Reactivity Using Fuel Momentum / J. Sangl, C. Mayer, and Thomas Sattelmayer // Proceedings of ASME Turbo Expo 2010: Power for Land, Sea and Air. - 2010.

- June 14-18. - Paper № GT2010-22340.

27. Lellek S. Experimental Study of the Interaction of Water Sprays With Swirling Premixed Natural Gas Flames / S. Lellek, C. Barfuß, T. Sattelmayer / Proceedings of ASME Turbo Expo 2016: Turbomachinery Technical Conference and Exposition. - 2016. - June 1317. - Paper № GT2016-56158.

28. Utschick M. Predicting Flashback Limits of a Gas Turbine Model Combustor Based on Velocity and Fuel Concentration for H2-Air-Mixtures / M. Utschick, D. Eiringhaus, C. Köhler, T. Sattelmayer // Proceedings of ASME Turbo Expo 2016: Turbomachinery Technical Conference and Exposition. - 2016. - June 13-17. - Paper № GT2016-56245.

29. Carrera A.M. Experimental Investigation of the 4th Generation DLE Burner Concept: Emissions and Fuel Flexibility Performance at Atmospheric Conditions / A.M. Carrera, M. Andersson, H. Näsvall // Proceedings of ASME Turbo Expo 2011. - 2011. - June 6-10. - Paper № GT2011-46387.

30. Alkabie H. Dual Fuel Dry Low Emissions (DLE) Combustion System for the ABB Alstom Power 13,4 MW Cyclone Gas Turbine / H. Alkabie, R. McMillan, R. Noden, C. Morris // Proceedings of ASME Turbo Expo 2000: Power for Land, Sea and Air. - 2000. - May 8-11. -Paper № 2000-GT-0111.

31. Taylor P. Dueal Fuel DLE Typhoon Commercial Operating Experience and Improvement Upgrades / P. Taylor, R. McMillan, D. Baker // Proceedings of ASME Turbo Expo 2000: Power for Land, Sea and Air. - 2000. - May 8-11. - Paper № 2000-GT-0112.

32. Bulat G. Intelligent Operation of Siemens (SGT-300) DLE Gas Turbine Combustion System Over an Extended Fuel Range With Low Emissions / G. Bulat, K. Liu, G. Brickwood, V. Sanderson, Brian Igoe // Proceedings of ASME Turbo Expo 2011. - 2011. -June 6-10. - Paper № GT2011 -46103.

33. Smith K.O. Developments in Dry Low Emissions Systems / K.O. Smith, D.C. Rawlings, R.C. Steeele // Proceedings of 2000 International Pipeline Conference. - Volume 2. - 2000. - Paper № IPC2000-267.

34. Badeer G.H. GE Aeroderivative Gas Turbines - Design and Operating Features / GE reference document, GER -3695E. - GE Power Systems.

35. Davis L.B. Dry Low NOx Combustion Systems for GE Heavy-Duty Gas Turbines / L.B. Davis, S.H. Black / GE reference document, GER-3568G. - GE Power Systems.

36. Romoser C.E. E-Class Late Fuel Staging Technology Delivers Flexibility Leap / C.E. Romoser, J. Harper, M.B. Wilson, J.V. Citeno, M. Lal, D. W. Simons // Proceedings of ASME Turbo Expo 2016: Turbomachinery Technical Conference and Exposition. - 2016. -June 13-17. - Paper № GT2016-57964.

37. Karim H. Staged Combustion System for Improved Emissions Operability & Flexibility for 7HA Class Heavy Duty Gas Turbine Engine / H. Karim, J. Natarajan, V. Narra, J. Cai, S. Rao, J. Kegley, J. Citeno // Proceedings of ASME Turbo Expo 2017: Turbomachinery Technical Conference and Exposition. - 2017. - June 26-30. - Paper № GT2017-63998.

38. Foust A. Siemens SGT6-5000F Gas Turbine Technology Update // Proceedings of POWER-GEN International. - 2015. - December 8-10.

39. Tanimura S. Advanced Dry Low NOx Combustor for Mitsubishi G Class Gas Turbines / S. Tanimura, M.Nose, K. Ishizaka, S. Takiguchi, J. Rodriguez // Proceedings of ASME Turbo Expo 2008: Power for Land, Sea and Air. - 2008. - June 9-13. - Paper № GT2008-50819.

40. Rizkalla H. FlameSheet™ Combustor Engine and Rig Validation for Operational and Fuel Flexibility With Low Emissions / H. Rizkalla, P. Stuttaford, K. Oumejjoud, N. Demougeot, J. Bosnoian, F. Hernandez, M. Yaquinto, A.P. Mohammed, R. Weller, D. Terrell //

Proceedings of ASME Turbo Expo 2016: Turbomachinery Technical Conference and Exposition. - 2016. - June 13-17. - Paper № GT2016-56696.

41. Douglas A.P. An Introduction to the ANSALDO GT36 Constant Pressure Sequential Combustor / A.P. Douglas, M.R. Bothien, A. Ciani, V. Granet, G. Singla, S. Thorpe, A. Wickstroem // Proceedings of ASME Turbo Expo 2017: Turbomachinery Technical Conference and Exposition. - 2017. - June 26-30. - Paper № GT2017-6364790.

42. Бантиков Д.Ю. Результаты опытной эксплуатации малоэмиссионной системы горения в составе двигателя НК-37 / Д.Ю. Бантиков, Ю.С. Елисеев, В.Н. Лавров, А.А. Пчеляков, Д.Г. Пчеляков, Д.Г. Федорченко, Ю.И. Цыбизов // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. -2013. - №3 (41). - С. 9-14.

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

44. 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. - June2-5. - Paper № 97-GT-73.

45. Düssing K.M. Development of GT24 and GT26 (Upgrades 2011) Reheat Combustors, Achieving Reduced Emissions and Increased Fuel Flexibility / K.M. Düsing, A. Ciani, U. Benz, A. Eroglu, K. Knapp // Proceedings of ASME Turbo Expo 2013: Turbine Technical Conference and Exposition. - 2013. - June 3-7. - Paper № GT2013-95437.

46. Бакланов А.В. Исследование смешения в комбинированном горелочном устройстве малоэмиссионной камеры сгорания ГТД / А.В. Бакланов, А.Н. Макрушин // Вестник КГТУ им. А.Н. Туполева. - 2014. - №3. - С. 13-18.

47. Chterev I. Shear Layer Flame Stabilisation Sensitivities in a Swirling Flow / I. Chterev, C.W. Foley, D R. Noble, B.A. Ochs, J.M. Seitzman, T.C. Lieuwen // Proceedings of ASME Turbo Expo 2012. - 2012. - June 11-15. - Paper № GT2012-68513.

48. Andrews G.E. Weak Extinction in Low NOx Gas Turbine Combustion / G.E. Andrews, R. Phylaktou, P. King, N.T. Ahmed // Proceedings of ASME Turbo Expo 2009: Power for Land, Sea and Air. - 2009. - June 8-12. - Paper № GT2009-59830.

49. Wankhede M.J. An Analysis of Unstable Flow Dynamics and Flashback Mechanism Inside a Swirl-Stabilised Lean Burn Combustor / M. J. Wankhede, N.W. Bressloff, A.J. Keane, L. Caracciolo, M. Zedda // Proceedings of ASME Turbo Expo 2010: Power for Land, Sea and Air. - 2010. - June 14-18. - Paper № GT2010-22253.

50. Lipatnikov A. Fundamentals of Premixed Turbulent Combustion / CRC Press, 2013. - 525 p.

51. Kröner M. Flashback Limits for Combustion Induced Vortex Breakdown in a Swirl Burner / M. Kröner, J. Fritz, T. Sattelmayer // Proceedings of ASME Turbo Expo 2002: Power for Land, Sea and Air. - 2002. - June 3-6. - Paper № GT2002-30075.

52. Baumgartner G. Experimental Investigation on the Effect of Boundary Layer Fluid Injection on the Flashback Propensity of Premixed Hydrogen-Air Flames / G. Baumgartner, T. Sattelmayer // Proceedings of ASME Turbo Expo 2013: Turbine Technical Conference and Exposition. - 2013. - June 3-7. - Paper № GT2013-94266.

53. Hoferichter V. Influence of Boundary Layer Air Injection on Flashback of Premixed Hydrogen-Air Flames / V. Hoferichter, P.M. Keleshtery, C. Hirsch, T. Sattelmayer, Y.Matsumura // Proceedings of ASME Turbo Expo 2016: Turbomachinery Technical Conference and Exposition. - 2016. - June 13-17. - Paper № GT2016-56156.

54. Sattelmayer T. Interaction of Flame Flashback Mechanisms in Premixed Hydrogen-Air Swirl Flames / T. Sattelmayer, C. Mayer, J. Sangl // Proceedings of ASME Turbo Expo 2014: Turbine Technical Conference and Exposition. - 2014. - June 16-20. - Paper № GT2014-25553.

55. Lieuwen T.C. Combustion Instabilities in Gas Turbine Engines: Operational Experience, Fundamental Mechanisms and Modeling / T.C. Lieuwen, V. Yang / American Institute of Aeronautics and Astronautics, Inc. - 2005.

56. Lourier J-M. Large Eddy Simulation of a Thermoacoustic Instability Within a Swirl-Stabilized Burner Using Impedance Boundary Conditions / J-M. Lourier, B. Noll, M. Aigner // Proceedings of ASME Turbo Expo 2014: Turbine Technical Conference and Exposition. -2014. - June 16-20. - Paper № GT2014-26200.

57. Kraus C. Influence of Heat Transfer and Material Temperature on Combustion Instabilities in a Swirl Burner / C. Kraus, L. Selle, T. Poinsot, C.M. Arndt, H. Bockhorn // Proceedings of ASME Turbo Expo 2016: Turbomachinery Technical Conference and Exposition. - 2016. - June 13-17. - Paper № GT2016-56368.

58. Lacoste D.A. Effect of Nanosecond Repetitively Pulsed Discharges on the Dynamics of a Swirl-Stabilized Lean Premixed Flame / D. A. Lacoste, J. P. Moeck, D. Durox, C. O. Laux, T. Schuller // Proceedings of ASME Turbo Expo 2013: Turbine Technical Conference and Exposition. - 2013. - June 3-7. - Paper № GT2013-94769.

59. Terhaar S. Flow Field and Flame Dynamics of Swirling Methane and Hydrogen Flames at Dry and Steam-Diluted Conditions / S. Terhaar, O. Krüger, C.O. Paschereit // Proceedings of ASME Turbo Expo 2014: Turbine Technical Conference and Exposition. -2014. - June 16-20. - Paper № GT2014-27023.

60. Bade S. Influence of Fuel-Air Mixing on Flame Dynamics of Premixed Swirl Burners / S. Bade, M. Wagner, C. Hirsch, T. Sattelmayer, B. Schuermans // Proceedings of ASME Turbo Expo 2014: Turbine Technical Conference and Exposition. - 2014. - June 1620. - Paper № GT2014-25381.

61. Hummel T. High-Frequency Thermoacoustic Modulation Mechanisms in Swirl-Stabilized Gas Turbine Combustors: Part Two — Modeling and Analysis / T. Hummel, F. Berger, M. Hertweck, B. Schuermans, T. Sattelmayer // Proceedings of ASME Turbo Expo 2016: Turbomachinery Technical Conference and Exposition. - 2016. - June 13-17. - Paper № GT2016-57500.

62. Berger F.M. High Frequency Thermoacoustic Modulation Mechanisms in Swirl-Stabilized Gas Turbine Combustors: Part One — Experimental Investigation of Local Flame Response / F.M. Berger, T. Hummel, M. Hertweck, J. Kaufmann, B. Schuermans, T. Sattelmayer // Proceedings of ASME Turbo Expo 2016: Turbomachinery Technical Conference and Exposition. - 2016. - June 13-17. - Paper № GT2016-57583.

63. Schulze M. Linearized Euler Equations for the Prediction of Linear High-Frequency Stability in Gas Turbine Combustors / M. Schulze, T. Hummel, N. Klarmann, F. Berger, B. Schuermans, T. Sattelmayer // Proceedings of ASME Turbo Expo 2016: Turbomachinery Technical Conference and Exposition. - 2016. - June 13-17. - Paper № GT2016-57818.

64. Emerson B. Flame Density Ratio Effects on Vortex Dynamics of Harmonically Excited Bluff Body Stabilized Flames / B. Emerson, K. Murphy, T. Lieuwen // Proceedings of ASME Turbo Expo 2013: Turbine Technical Conference and Exposition. - 2013. - June 3-7. -Paper № GT2013-94284.

65. Malanoski M. Dynamics of a Transversely Excited Swirling, Lifted Flame: Part I

— Experiments and Data Analysis / M. Malanoski, M. Aguilar, V. Acharya, T. Lieuwen // Proceedings of ASME Turbo Expo 2013: Turbine Technical Conference and Exposition. -2013. - June 3-7. - Paper № GT2013-95358.

66. Smith T. Flow Dynamics in Single and Multi-Nozzle Swirl Flames / T. Smith, B. Emerson, I. Chterev, D.R. Noble, T. Lieuwen // Proceedings of ASME Turbo Expo 2016: Turbomachinery Technical Conference and Exposition. - 2016. - June 13-17. - Paper № GT2016-57755.

67. Zajadatz M. Development and Design of Alstom's Staged Fuel Gas Injection EV Burner for NOx Reduction / M. Zajadatz, R. Lachner, S. Bernero, C. Motz, P. Flohr // Proceedings of ASME Turbo Expo 2007: Power for Land, Sea and Air. - 2007. - May 14-17.

- Paper № GT2007-27730.

68. Lacy B. Low Emissions Combustion System Development for the GE Energy High Hydrogen Turbine Program / B. Lacy, W. Ziminsky, J. Lipinski, B. Varatharajan, E. Yilmaz, J. Brumberg // Proceedings of ASME Turbo Expo 2008: Power for Land, Sea and Air. - 2008. - June 9-13. - Paper № GT2008-50823.

69. Düssing M. Effect of Mixing Quality on NOx Emissions in Reheat Combustion of GT24 and GT26 Engines / M. Düsing, A. Ciani, A. Eroglu // Proceedings of ASME Turbo Expo 2011. - 2011. - June 6-10. - Paper № GT2011 -45676.

70. Гупта А. Закрученные потоки: Пер. с англ. / А.К. Гупта, Д.Г. Лилли, Н. Сайред. - М.: Мир. - 1987. - 588 с.

71. Burmberger S. Designing a Radial Swirler Vortex Breakdown Burner / S. Burmberger, C. Hirsch, T. Sattelmayer // Proceedings of ASME Turbo Expo 2006: Power for Land, Sea and Air. - 2006. - May 8-11. - Paper № GT2006-90495.

72. Marini A. CFD Aerodynamic and Reactive Study of an Innovative Lean Combustion System in the Frame of the NEWAC Project / A. Marini, L.Bucchieri, A. Peschiulli // Proceedings of ASME Turbo Expo 2010: Power for Land, Sea and Air. - 2010. - June 1418. - Paper № GT2010-22465.

73. Giusti A. Multi-Coupled Numerical Analysis of Advanced Lean Burn Injection Systems / A. Giusti, A. Andreini, C. Bianchini, B. Facchini, F. Turrini, G. Caciolli // Proceedings of ASME Turbo Expo 2014: Turbine Technical Conference and Exposition. - 2014. - June 1620. - Paper № GT2014-26808.

74. Schrödinger C. CFD Modeling of the Influence of Fuel Staging on the Mixing Quality and Flame Characteristics in a Lean Premixed Combustor / C. Schrödinger, O. Krüger, A. Lacarelle, M. Oevermann, C.O. Paschereit // Proceedings of ASME Turbo Expo 2010: Power for Land, Sea and Air. - 2010. - June 14-18. - Paper № GT2010-22910.

75. Agbonzikilo F.E. Experimental and Numerical Investigation of Fuel-Air Mixing in a Radial Swirler Slot of a Dry Low Emission Gas Turbine Combustor / F.E. Agbonzikilo, J.Stewart, S.K. Sadasivuni, I. Owen, M. Riley, V. Sanderson // Proceedings of ASME Turbo Expo 2014: Turbine Technical Conference and Exposition. - 2014. - June 16-20. - Paper № GT2014-27099.

76. King P.T. CFD Predictions of Isothermal Fuel-Air Mixing in a Radial Swirl Low NOx Combustor Using Various RANS Turbulence Models / P.T. King, A.C. McIntosh, G.E. Andrews, M.M. Pourkashanian // Proceedings of ASME Turbo Expo 2012. - 2012. - June 1115. - Paper № GT2012-69299.

77. Булысова Л.А. Численное моделирование при испытаниях и наладке малоэмиссионных камер сгорания ГТУ: дисс. ... канд. тех. наук: 05.14.14 / Булысова Людмила Александровна. - М., 2014. - 163 с.

78. Innocenti A. Numerical Investigations of NOx Emissions of a Partially Premixed Burner for Natural Gas Operations in Industrial Gas Turbine / A. Innocenti, A. Andreini, A. Giusti, B.Facchini, M. Cerutti, G. Ceccherini, G. Riccio // Proceedings of ASME Turbo Expo 2014: Turbine Technical Conference and Exposition. - 2014. - June 16-20. - Paper № GT2014-26906.

79. Riccio G. Analysis of the Fuel Injection in Gas Turbine Premixing Systems by Experimental Correlations and Numerical Simulations / G. Riccio, L. Schoepflin, P. Adami, F. Martelli // Proceedings of ASME Turbo Expo 2006: Power for Land, Sea and Air. - 2006. - May 8-11. - Paper № GT2006-90174.

80. Akbari A. Experimental and Computational Analyses of Methane and Hydrogen Mixing in a Model Premixer / A. Akbari, S. Hill, V. McDonell, S. Samuelsen // Proceedings of ASME Turbo Expo 2010: Power for Land, Sea and Air. - 2010. - June 14-18. - Paper № GT2010-23049.

81. Akbari A. Statistical Evaluation of CFD Predictions of Mixing Properties of Hydrogen and Methane for Lean Premixed Combustion / A. Akbari, S. Hill, V. McDonell, S. Samuelsen // Proceedings of ASME Turbo Expo 2011. - 2011. - June 6-10. - Paper № GT2011-446126.

82. Cesar F. Measurement and Simulation of Turbulent Mixing in a Jet in Crossflow / F. Cesar, C. Galeazzo, G. Donnert, P. Habisreuther, N. Zarzalis, R.J. Valdes, W. Krebs // Proceedings of ASME Turbo Expo 2010: Power for Land, Sea and Air. - 2010. - June 14-18.

- Paper № GT2010-22709.

83. Ivanova E. A Numerical Study on the Turbulent Schmidt Numbers in a Jet in Crossflow / E. Ivanova, B. Noll, M. Aigner // Proceedings of ASME Turbo Expo 2012. - 2012.

- June 11-15. - Paper № GT2012-69294.

84. Jella S.E. CFD Predictions of CO Emission Trends in an Industrial Gas Turbine Combustor / S.E. Jella, P. Gauthier, M. Paraschivoiu // Proceedings of ASME Turbo Expo 2010: Power for Land, Sea and Air. - 2010. - June 14-18. - Paper № GT2010-23196.

85. Dunham D. Unsteady fluid mechanics of annular swirling shear layers: A Doctoral Thesis. - Loughborough Univesity. - 2011. - 322 p.

86. Zubrilin I.A. Numerical Investigation of the Nonreacting Swirling Flow Structure Downstream of Industrial Gas Turbine Burner with the Central Body / I.A. Zubrilin, D.N.

Dmitriev, S.S. Matveev, S.G. Matveev // Proceedings of ASME Turbo Expo 2015: Turbine Technical Conference and Exposition. - 2015. - June 15-19. - Paper № GT2015-42181.

87. Geng W. A CFD Methodology for Assessment and Improvement of Aerodynamic Stability of a Premixed Swirler Burner / W. Geng, T. Ruck, F. Magni // Proceedings of ASME Turbo Expo 2014: Turbine Technical Conference and Exposition. - 2014. - June 16-20. -Paper № GT2014-25831.

88. Lörstad D. Measurements and LES of a SGT-800 Burner in a Combustion Rig / D. Lörstad, A. Lindholm, D. G. Barhaghi, E. Fedina, C. Fureby, A. Lantz, R. Collin, M. Alden, A.Bonaldo // Proceedings of ASME Turbo Expo 2012. - 2012. - June 11-15. - Paper № GT2012-69936.

89. Abou-Taouk A. CFD Analysis of a SGT-800 Burner in a Combustion Rig / A.Abou-Taouk, D. Lörstad, N. Andersson, L.-E.Eriksson // Proceedings of ASME Turbo Expo 2016: Turbomachinery Technical Conference and Exposition. - 2016. - June 13-17. - Paper № GT2016-57423.

90. Bulat G. Prediction of Aerodynamic Frequencies in a Gas Turbine Combustor Using Transient CFD / G. Bulat, P.Stopford, M. Turrell, D. Frach, E. Buchanan, M. Stöhr // Proceedings of ASME Turbo Expo 2009: Power for Land, Sea and Air. - 2009. - June 8-12. -Paper № GT2009-59721.

91. Wankhede M.J. Numerical Study of Unsteady Flow-Field and Flame Dynamics in a Gas Turbine Model Combustor / M.J. Wankhede, F.A. Tap, P. Schapotschnikow, W.J.S. Ramaekers // Proceedings of ASME Turbo Expo 2014: Turbine Technical Conference and Exposition. - 2014. - June 16-20. - Paper № GT2014-25784.

92. Куценко Ю.Г. Численные методы оценки эмиссионных характеристик камер сгорания газотурбинных двигателей / Куценко Ю.Г. - изд-во УрО РАН, Екатеринбург-Пермь, 2006.

93. Волков К.Н. Моделирование крупных вихрей в расчётах турбулентных течений / Волков К.Н., Емельянов В.Н. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008 - 368 с.

94. ANSYS CFX Theory Guide [электронный документ]. - ANSYS Inc.

95. Dunham D. Comparison of URANS and LES CFD Methodologies for Air Swirl Fuel Injectors / D. Dunham, A. Spencer, J.J. McGuirk, M. Dianat // Proceedings of ASME Turbo Expo 2008: Power for Land, Sea and Air. - 2008. - June 9-13. - Paper № GT2008-50278.

96. Midgley K. Unsteady Flow Structures in Radial Swirler Fed Fuel Injectors / K. Midgley, A. Spencer, J.J. McGuirk // Proceedings of ASME Turbo Expo 2004: Power for Land, Sea and Air. - 2004. - June 14-17. - Paper № GT2004-53608.

97. Galeazzo F.C.C. Simulation of Turbulent Flows with and without Combustion with Emphasis on the Impact of Coherent Structures on the Turbulent Mixing: Dissertation / Flavio Cesar Cunha Galeazzo. - KIT Scientific Publishing, 2013. - 258 p.

98. Reynolds A.J. The variation of turbulent Prandtl and Schmidt numbers in wakes and jets // International Journal of Heat and Mass Transfer. - V.19. - 1976.

99. Midgley K. Vortex Breakdown in Swirling Fuel Injector Flows / K. Midgley, A. Spencer, J.J. McGuirk // Proceedings of ASME Turbo Expo 2007: Power for Land, Sea and Air. - 2007. - May 14-17. - Paper № GT2007-27924.

100. Midgley K. An Isothermal Experimental Study of the Unsteady Fluid Mechanics of Gas Turbine Fuel Injector Flowfield: PhD Thesis. - Loughborough Univesity. - 2005. - 277 p.