Закономерности образования оксидов азота и сажи при двухстадийной организации процесса в камере сгорания тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.07.05, кандидат технических наук Альметов, Фарид Махмутович

• Альметов, Фарид Махмутович
• кандидат технических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат технических наук Альметов, Фарид Махмутович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, ИНДЕКСОВ, СИМВОЛОВ И

СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

I.АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ПРОБЛЕМАМ ОБРАЗОВАНИЯ Шх И ДИСПЕРСНОГО УГЛЕРОДА В КАМЕРАХ СГОРАНИЯ АВИАЦИОННЫХ ГТД

1.1. Актуальность вопроса

1.2. Анализ условий образования оксидов азота в камерах сгорания ГТД

1.3. Анализ условий образования сажи в камерах сгорания ГТД

1.4. Краткий обзор методов определения локальной концентрации сажи

1.5. Выводы к главе

II ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ САЖЕОБРАЗОВАНИЯ И ОКСИДОВ АЗОТА ПРИ ТУРБУЛЕНТНОМ ГОРЕНИИ

2.1. Методические особенности проведения экспериментов

2.2. Устройство модельной установки для исследования сажеобразования в богатой зоне "Ы-О-И/'-камеры

2.2.1. Схемы организации рабочего процесса

2.2.2. Система подачи воздуха

2.2.3. Система подачи топлива

2.2.4. Система зажигания

2.2.5. Система кондиционирования проб

2.3. Устройство модельной установки для исследования образования и разложения Ы0Х по схеме "К-<2-Ь"

2.3.1. Схема организации рабочего процесса

2.3.2. Система подачи вторичного воздуха

2.3.3. Система подготовки первичного воздуха

2.4. Выводы к главе

III МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1. Вспомогательные методики анализа концентрации частиц сажи

3.2. Методика мониторинга сажевых частиц

3.3. Методика анализа состава продуктов сгорания

3.3.1. Принцип работы блока N0X

3.3.2. Устройство и принцип работы блока СН

3.4. Оценка погрешности измерений

3.5. Выводы к главе

IV ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ СНИЖЕНИЯ ОКСИДОВ АЗОТА В МОДЕЛЬНОЙ КАМЕРЕ СГОРАНИЯ ТИПА 44R-Q-L"

4.1. Исследования влияния условий организации горения в стехиометрическом реакторе в камере сгорания "R-Q-L"-типа на выбросы NOx

4.2. Исследование эффективности снижения NOx в богатой области камеры сгорания "R-Q-L''-типа

4.3. Исследование эффективности снижения NOx с помощью зоны смешения

4.4. Обсуждение результатов и выводы к главе

V ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ САЖЕ0БРА30ВАНИЯ В ОБОГАЩЕННОЙ ЗОНЕ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ТИПА "R-Q-L"

5.1. Постановка задачи

5.2. Экспериментальные исследования и обсуждение результатов

5.3. Выводы к главе

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИИ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, ИНДЕКСОВ, СИМВОЛОВ И

СОКРАЩЕНИЙ Условные обозначения: С - концентрация;

В - коэффициент диффузии, диаметр; Вт- число Дамкелера Е - энергия активации;

0 - расход (воздуха, топлива);

1 - интенсивность светового потока;

/ -оптическая толщина сканируемого объема; N - скалярная диссипация; р - давление;

Р(г -функция плотности распределения вероятности; /^-относительный объём стехиометрической'области; г - радиус;

- стехиометрический коэффициент; Т - температура;

- скорость;

2 - восстановленная концентрация горючего. а - коэффициент избытка воздуха;

у - коэффициент перемежаемости; г/2 - коэффициент полноты сгорания; Я - длина волны;

кк - степень повышения давления в компрессоре; V- оператор Гамильтона; £ - концентрация пассивной примеси; р - плотность;

ст - коэффициент восстановления полного давления, сила поверхностного натяжения, среднее квадратичное отклонение; т - время пребывания

Гд - спектральный коэффициент"ослабления;

Индексы и символы:

в - воздух;

- топливо;

- излучение;

s - сажа, стехиометрическая поверхность;

- относительный параметр; ( } - условное осреднение;

О - начальный параметр

Сокращения: ВПК - военно-промышленный комплекс ГТД - газотурбинный двигатель; ГПА - газоперекачивающий агрегат; КС - камера сгорания; ЛА - летательный аппарат;

ПАУ - полициклические ароматические углеводороды; TBC - топливовоздушная смесь; -ТКА - турбокомпрессорный агрегат;

ФПРВ -функция плотности распределения вероятности; R-Q-L - (Reach - Quench - Lean)- богато-бедная организация горения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Закономерности образования оксидов азота и сажи при двухстадийной организации процесса в камере сгорания»

ВВЕДЕНИЕ

Одним из активных антропогенных источников загрязнения атмосферного воздуха являются отработавшие газы авиационных силовых установок.

Особую экологическую опасность представляют собой оксиды азота, дым, мелкодисперсные частицы сажи, полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) и окись углерода. По мере улучшения параметров рабочего процесса авиадвигателей и снижения загрязнения окружающей среды другими источниками вклад первых будет с каждым годом возрастать. Во время захода на посадку, руления, взлета летательных аппаратов вышеупомянутые вредные выбросы распространяются на ограниченную часть городских территорий. Поэтому эмиссия выхлопных газов ГТД должна рассматриваться как источник, локализованный в зоне крупных аэропортов (аналогичный промышленным выбросам).

В последнее время предприятия ВПК в рамках конверсионных технологий и технологий двойного назначения производят силовые установки на базе авиационных двигателей для наземного применения в качестве ГПА и ТКА как источника сжатого воздуха. Экологический ущерб от их использования вследствие применения низкосортных топлив может иметь еще более серьезные последствия по сравнению с авиационными ГТД.

С развитием авиадвигателестроения происходит увеличение степени повышения давления в компрессоре и температуры газов перед турбиной. Одновременно снижается суммарный коэффициент избытка воздуха, увеличивается температура воздуха, входящего в камеру, и растет давление в камере сгорания. С другой стороны, вследствие удорожания технологии очистки, в настоящее время применяются топлива с повышенным содержанием ароматических соединений

и связанного азота. Совокупность этих факторов приводит к неприемлемым уровням выброса оксидов азота, с одной стороны, и к интенсификации сажеобразования - с другой.

В продуктах сгорания ГТД присутствуют такие высокотоксичные вещества как бензапирен, СО и другие химические соединения, закономерности образования которых не затронуты в настоящей работе.

Оксиды азота - главным образом, N0 и Ы02 (собирательное обозначение 1ЮХ) - являются сильными токсичными веществами, относящимися ко второму классу опасности /55/, представляют серьезную угрозу для населения. Оксиды азота оказывают раздражающее воздействие на органы дыхания. В больших концентрациях они могут вызвать отек легких /72/.

Другим серьезным загрязнителем, содержащимся в выхлопных газах ГТД, является сажа. Ее образование интенсифицируется в камере сгорания в основном из-за повышения давления в камере, снижения суммарного коэффициента избытка воздуха, а также из-за применения более дешевых видов топлива. Образование сажи также вызывает интенсивные лучистые потоки в камере сгорания, значительно снижая ее ресурс и предъявляя повышенные требования к материалу стенок жаровых труб.

Таким образом, решение проблемы снижения концентрации оксидов азота и сажи в продуктах сгорания ГТД, применяемых как в качестве энергоустановок ЛА, так и наземного применения, в настоящее время приобретает все более важное практическое значение.

Однако без детального изучения физико-химической

природы образования Ы0Х и сажи, без анализа предшествующих путей решения проблем минимизации этих выбросов найти эффективные способы представляется затруднительным. К

настоящему моменту сложились определенные концепции образования N0X и сажи.

Наиболее серьезным образом эмиссия N0X камерами сгорания авиационных ГТД исследована В.Р.Кузнецовым, Ю.Я.Бу-рико, В.М.Захаровым /22 ... 25, 31,47/(ЦИАМ им. П.И. Баранова). На кафедре ТАРД УГАТУ научной группой под руководством Р.С.Кашапова /39,69/ разработан ряд горелочных устройств с пониженными выбросами N0X. Эти устройства предназначены для использования в наземных ГПА. Зарубежными исследователями вопросам снижения N0X также было посвящено большое количество работ: Fenimore, С.Р./84/; Martin, F.J./98/; Meisl, J./100/; Risk,N.K. and Mongia, H.C./110...112/, Takagi,T /115/, Tsui,H./119/ и др.

Проблеме образования дисперсного углерода при горении углеводородных топлив уделялось внимание исследователями ЦИАМ, УГАТУ, ВНИИГаз, КГТУ, ВВИА им. Н.Е.Жуковского и др.

Значительное количество зарубежных работ, посвященных сажеобразованию, было опубликовано в материалах Международных Симпозиумов по горению /86,87,91,97,102,107,118/.

К настоящему моменту сложились определенные "схемные" решения для минимизации выбросов КС ГТД (впрыск воды или пара в первичную зону; предварительное смешение горючего и окислителя; обеднение первичной зоны; применение двухзонных КС, как наиболее перспективных).

Одним из наиболее интересных подходов к данной проблеме является применение КС с богато-бедной организацией горения (так называемая "R-Q-L''-камера) /71,100,110... 112, 115/, по отношению к которой в данной работе применяется термин "камера сгорания с двухстадийной организацией горения". Преимущества данного подхода по сравнению с другими следующие :

-возможность работы без ухудшения устойчивых режимов

горения; -надежный запуск;

-возможность применения дистиллятных топлив с повышенным содержанием связанного азота; -достаточно низкие потери полного давления. Для практической реализации камеры сгорания "R-Q-L"-типа в настоящей диссертационной работе проведены подкрепляющие ее научные исследования в следующих направлениях :

-исследование интенсивности сажеобразования в первичной зоне с целью его снижения; -оптимальная организация горения в первичной зоне с

целью эффективного снижения N0X; -оптимальная организация горения в зоне смешения с

целью минимизации появления "новых" N0X и сохранения на приемлемом уровне полноты сгорания rjz . Таким образом, очевидна актуальность проблемы снижения выбросов оксидов азота и сажи газотурбинными двигателями и направления исследований в рамках настоящей работы.

Значительный вклад в решение проблемы образования сажи в камерах сгорания ГТД внесли результаты исследований в УГАТУ, отраженные в докторской диссертации Ф.Г.Бакирова и монографии /18/, а также в кандидатских диссертациях Н.Х.Баширова, Р.С.Кашапова, В.Н.Кружкова, И.3.Полещука. В результате опытов, проведенных с целью создания кинетической модели сажеобразования, было установлено влияние давления, среднемассового состава TBC, рода топлива на интенсивность сажеобразования. Была разработана методика определения концентрации дисперсного углерода газохрома-тографическим методом.

Однако экспериментальные исследования, не учитывающие влияния диффузионного характера горения в первичной зоне, турбулентных пульсаций, перемежаемости, не дают достаточно исчерпывающей информации о физико-химических закономерностях сажеобразования в ней. Кроме того, детальные экспериментальные исследования образования сажи должны базироваться на -достаточно эффективных (производительных и точных) методиках определения локальной концентрации сажи и модального размера частиц.

Целью работы является исследование количественных закономерностей образования ЫОх и сажи в камерах сгорания с двухстадийной организацией горения и разработка методологии снижения токсичных выбросов. На основании анализа опубликованных результатов исследований в работе в качестве основной методологии для достижения этой цели приняты следующие концепции:

а)моделирование процессов образования оксидов азота и сажи в КС "К-()-1/'-типа в лабораторных условиях;

б)взаимосвязанные исследования процессов образованию ЫОх и сажи;

в)использование новых методик измерения концентрации дисперсного углерода в режиме мониторинга.

В соответствии с поставленной целью и указанной методологией в работе решались следующие задачи:

• разработка экспериментального комплекса для моделирования образования Ж)х и сажи в камерах сгорания "К-£)-1/'-типа;

• разработка методики мониторинга концентрации сажи и размеров ее частиц на основе оптических измерений;

• установление закономерностей образования и разложения ЫОх в камерах сгорания "И-О-Ь/'-типа;

• установление закономерностей образования сажи в первичной зоне камеры сгорания "К-0-Ь"~типа с учетом турбулентного диффузионного горения;

• разработка практических рекомендаций к организации горения в камере сгорания "К-£)-1/'-типа, обеспечивающей минимум выбросов сажи и Ы0Х .

Для реализации этой цели на кафедре теории авиационных и ракетных двигателей УГАТУ был разработан и создан экспериментальный комплекс, позволивший создать физическую модель КС "К-<2-1/'-типа. Разработана методика проведения исследований, создана модельная экспериментальная установка и методика непрерывного мониторинга концентрации и размеров сажевых частиц, проведены экспериментальные исследования, выполнено обобщение результатов экспериментов, выработаны практические рекомендации.

Научная новизна полученных результатов заключается в следующем:

• впервые установлены закономерности, характеризующие изменение концентрации оксидов азота и сажи при различных начальных условиях по способам организации горения, составу смеси и масштабу неоднородности;

• разработана методика непрерывного измерения концентрации и размеров частиц сажи на основе измерений спектральной прозрачности аэрозоля с помощью трехволнового детектора и средств автоматизации эксперимента;

• новизна отдельных технических решений подтверждается авторскими свидетельствами №№ 1216462, 1550359.

Практическая значимость результатов работы заключается в:

-полученных количественных закономерностях процессов

образования N0X и сажи в КС "R-Q-L''-типа, учитывающих турбулентный диффузионный характер процесса горения; -в методике автоматизированных измерений концентрации и размеров частиц сажи в продуктах сгорания углеводородных топлив;

-экспериментальном комплексе для моделирования процессов в КС "R-Q-L''-типа.

Содержание работы изложено в пяти главах. В I г л а-в е проведен анализ предыдущих исследований. Здесь сделан обзор основных способов минимизации выбросов N0X в КС ГТД, проанализированы факторы, интенсифицирующие выбросы N0X и образование дисперсного углерода, рассмотрены основные способы определения концентрации сажи. В главе сформулированы цель и основные задачи настоящей работы.

Во II главе освещены методические особенности проведения экспериментов, описана конструкция экспериментальной установки и систем, обеспечивающих ее работу.

Глава III посвящена описанию методики определения концентрации выбросов. Подробно описаны принцип и устройство трехволнового дымомера, позволяющего определить в режиме мониторинга концентрацию сажи и модальный размер ее частиц. Освещены принципы определения концентрации NOx,CO, CnHm с помощью газоаналитической системы АСГА-Т.

В г л а в е IV приведены результаты экспериментального исследования выбросов N0X в модели первичной зоны "R-Q-L''-камеры. Отражены факторы, обусловливающие начальную концентрацию N0X. Исследована эффективность снижения N0X в богатой зоне, а также проведены исследования зоны смешения на предмет появления "новых" N0X.

В главе V приведены результаты исследований характеристик сажеобразования применительно к богатой зоне "R-Q-L"-камеры. Опыты были проведены при горении гомогенных TBC, при частичном смешении реагентов и в диффузионном пламени. В результате установлено, что интенсивность смешения оказывает существенное влияние на процессы сажеобразования .

В заключение приведены основные результаты работы и выводы.

Указанные результаты могут стать основой для НИОКР по созданию и доводке малотоксичных КС "R-Q-I/'-типа, позволив сэкономить финансовые ресурсы и повысить эффективность натурных испытаний КС ГТД.

Результаты исследований также успешно используются в УГАТУ в учебном процессе при дипломном и курсовом проектировании. Фундаментальный характер работы, включающий в себя характеристики образования N0X и сажи в турбулентном диффузионном пламени, позволяет применить ее результаты для разработки КС стационарных и транспортных ГТУ. Методика мониторинга сажевого аэрозоля может быть применена в различных отраслях промышленности (резинотехнической, металлургической, автомобилестроении, экологии и др.).

Основные результаты работы прошли апробацию на межотраслевых конференциях в ЦИАМ, семинарах по образованию и выбросу канцерогенных углеводородов, а также на научно-технической конференции по проблемам двойного применения в г.Самаре, на Симпозиуме по проблемам рабочих процессов ГТД в г.Нанкине (КНР).

Результаты исследований, выполненных в рамках настоящей работы, изложены в 3 статьях, 3 научно-технических отчетах.

Данная работа выполнялась в 1982-1997 гг. на кафедре ТАРД Уфимского государственного авиационного технического университета в рамках комплексной программы исследований, проводимых по заказу ЦИАМ им. П.И.Баранова, а также согласно планам работ по комплексной программе "ПОЛЁТ" Минвуза РСФСР и Минавиапрома и по комплексной программе Минвуза РСФСР 2:87.01 "Человек и окружающая среда". Работа выполнялась и в рамках Межвузовской научно-технической программы «Конверсия и высокие технологии» в 1994-1996 гг.

Успешному выполнению работы способствовали внимание и поддержка со стороны научных руководителей д.т.н. профессора Ф.Г.Бакирова и к.т.н. В.Н.Кружкова. Автор также выражает благодарность д.т.н. профессору 3.Г.Шайхутдинову и к.т.н. В.М.Захарову, принявшим активное участие в обсуждении результатов исследований. Автор признателен сотрудникам кафедры ТАРД УГАТУ, оказавшим помощь в проведении экспериментальных исследований (Д.Л.Лазунову, В.И.Маскае-ву, Н.М.Ощепкову).

I.АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ПРОБЛЕМАМ ОБРАЗОВАНИЯ ЫОх И ДИСПЕРСНОГО УГЛЕРОДА В КАМЕРАХ СГОРАНИЯ АВИАЦИОННЫХ ГТД

1.1. Актуальность вопроса Проблему выбросов токсичных веществ обостряют с одной стороны, тенденции в современном авиадвигателестрое-

нии. В частности, повышение тск,Тг, снижение а£, интен-

*

сифицируют образование Ы0Х. Так, рост 7ГК до современного уровня, согласно данным /47/, увеличивает выбросы Ы0Х на 3 порядка. С другой стороны, вследствие удорожания очистки современных авиационных топлив, в транспортной авиации могут применяться топлива с повышенным содержанием связанного азота. Эти два фактора могут приводить к неприемлемо высоким уровням выброса М0Х.

Оксиды азота относятся ко второму классу опасности /55/ и являются сильными токсическими веществами, представляющими собой серьезную угрозу для населения. Под действием солнечной радиации оксиды азота взаимодействуют с атмосферными примесями в присутствии некоторых углеводородов и образуют фотохимический смог бурого цвета. Вследствие реакции оксидов азота с содержащимися в атмосфере премутагенами (1-, 2- бензапиреном) образуются вещества, характеризующиеся ярко выраженным мутагенным действием /62/. Выбросы Ы0Х являются активными разрушителями озонового слоя земной атмосферы /50/.

Другим серьёзным загрязнителем является дым, содержащийся в выхлопных газах авиационных ГТД. При маркетинговых исследованиях на предмет продвижения на рынках сбыта наземных агрегатов, выполненных на базе конвертированных и отработавших летный ресурс авиадвигателей,

выявляется низкая конкурентоспособность ГТД, имеющих не-приемлимые экологические характеристики. Отображая неблагоприятные условия сгорания, дымление ГТД также оказывает крайне негативное воздействие на окружающую среду. Основным компонентом дымного выхлопа является дисперсный углерод (сажа), образующийся в первичной зоне камеры сгорания двигателя. Выброс дыма ГТД снижает прозрачность атмосферы вблизи аэропортов, ухудшая видимость и, соответственно, создавая предпосылку к летным происшествиям. Значительную опасность для экологической обстановки близлежащих районов представляют дымные выбросы стендов для испытаний ВРД.

Частицы сажи, кроме того, адсорбируют на своей поверхности вредные для здоровья ПАУ, обладающие ярко выраженной канцерогенной и мутагенной активностью /37,38/.

Вредные последствия дымления ГТД не ограничиваются экологическим ущербом окружающей среде. Повышенное саже-образование в первичной зоне камеры сгорания вызывает интенсивные лучистые тепловые потоки, снижает ресурс работы жаровой трубы, вызывая коробление и растрескивание её. Отложения сажи на поверхности лопаток газовых турбин нарушают режим течения продуктов сгорания и ухудшает условия охлаждения сопловых и рабочих лопаток турбины, вызывая их эрозию и снижая надежность и ресурс двигателя.

В последнее время все большую популярность в качестве транспортных завоёвывают ГТД, снабженные рекуператорами. Проблема защиты рекуператоров от сажевых отложений становится все более актуальной, так как они резко ухудшают экономическую эффективность рекуперативных устройств /21/.

Дымные выхлопы ТРД снижают эффективность боевого применения беспилотных летательных аппаратов, увеличивая вероятность их обнаружения с помощью инфракрасных головок самонаведения, так как эмиссия дыма является фактором, снижающим принцип "малозаметного" полета.

Совершенствование параметров рабочего процесса ГТД

предполагает рост ж до 35 и Тг до 1800 К /48/ и, как

следствие, к возрастанию рк. Многочисленными исследованиями /18,99,117/ в нашей стране и за рубежом установлена зависимость сажеобразования в первичной зоне камеры сгорания от внутрикамерного давления, т.е. и от рк.

С другой стороны, снижение дороговизны очистки современных авиационных топлив достигается либо увеличением доли ароматических добавок /32/, либо применением в качестве альтернативных топлив более плотных и высокоа-роматизированных видов горючего /51/. Соотношение углерода и водорода в этих топливах выше, чем в традиционных, что повышает склонность топлива к сажеобразованию /74/.

Организацией ИКАО и Управлением по защите окружающей среды (ЕРА) установлены предельно допустимые нормы выбросов вредных веществ, в том числе дыма и ЫОх /56,83/. Следует отметить, что большинство отечественных ГТД не удовлетворяют нормам по выбросам ЫОх и дыма.

Основные способы снижения ЫОх достаточно полно освещены как отечественными, так и зарубежными авторами /14,22, 23, 50, 61, 69,71, 110 ... 112/. Рассмотрим некоторые из них.

1.Впрыск водяного пара в первичную зону камеры сгорания. Вследствие большой теплоемкости воды в зоне горения снижается температура, и это является причиной сниже-

ния выбросов £ЮХ. При всех преимуществах способа у него есть ряд крупных недостатков. Первый заключается в необходимости увеличения массы силовой установки из-за агрегатов подготовки и подачи пара и массы воды. Кроме того, наблюдается резкое снижение полноты сгорания вследствие увеличения выбросов НС и СО .

2.Обеднение первичной зоны. Такое решение позволяет значительно снизить эмиссию вредных веществ. Однако, как показала практика, хотя и наблюдается снижение дым-ности, концентрация Ж)х остается все же достаточно высокой. Кроме того, снижение температуры при обеднении может привести к ухудшению стабилизации пламени и запаздыванию воспламенения.

3.Предварительное смешение горючего и окислителя. Подобная организация горения существенно минимизирует выбросы 1ТОХ. Однако крупным недостатком такой схемы является проблема проскока пламени. Ее решение достигается проведением мероприятий, которые, как правило, увеличивают потери полного давления в камере сгорания.

4.Интенсификация смешения топлива и воздуха и уменьшение протяженности стехиометрических зон. Один из возможных способов реализации этого принципа основан на применении двухзонных камер сгорания с двумя зонами подачи топлива. Первая зона, устроенная как и обычная камера сгорания, обеспечивает сжигание топлива на режиме малого газа. Вторая зона имеет свое фронтовое устройство с коэффициентом избытка воздуха больше единицы. Основная часть топлива на режимах взлета и набора высоты сгорает именно в этой зоне. В двухзонной камере сгорания увеличена по сравнению с камерами сгорания традиционного типа теплонапряженность (так как во фронтовое устройство поступают продукты сгорания из

первой зоны, возрастает температура; с другой стороны, состав второй зоны - "обеднен", а протяженность второй зоны меньше, чем в камерах сгорания тра-дидионной схемы). Таким образом, происходит большая интенсификация смешения, чем в традиционной камере. Однако у этой схемы есть и свои недостатки. Во-первых, двухзонная камера требует сложной системы топливоподачи. Во-вторых, наблюдаются выбросы СО при низких температурах в первой зоне.

Общий недостаток этих способов заключается в том, что основная цель состоит в немедленном подавлении образования N0X в начальной стадии горения. Как показали исследования /71,100,110...112,115/, проведенные за рубежом, одним из перспективных способов снижения NOx является двухстадийное сжигание. При этом первичная зона является богатой, вторичная - бедной (так называемая "R-Q-L"-камера). Самые ранние исследования в этой области относятся к концу 70-х годов /71,115/. Среди их авторов распространены 2 различные точки зрения. По мнению авторов /71/, снижение N0X обеспечивается первичной зоной исключительно благодаря низкой температуре в ней. Другая точка зрения /110...112/ состоит в том, что в разложении NOx преобладающую роль играют радикалы "СН", начальная концентрация N0X и достаточное время пребывания для протекания реакций:

GH+ NO=> НСО N (1.1)

СН+ NO=> HCN+ О (1.2)

При этом в богатой зоне с <х=0, 6 уменьшение содержания NOx может достичь от 10 до 80% /111/ по сравнению с начальным уровнем. Что же касается вторичной (бедной) зоны, авторы перечисленных работ /71,110...112/ едины во

мнении о дальнейшем влиянии пониженных температур на разложении 1ЮХ в этой зоне. Вместе с тем, на пути реализации камер сгорания "Ы-О-И/'-типа стоит множество проблем. В частности, возможность появления "новых" ЫОх после смесителя, а также проблемы сажеобразования в первичной зоне /71/. Для выработки комплексного подхода к исследованию способов снижения ЫОх и сажи в камере сгорания "Ы-О-Г/'-типа необходимо проанализировать причины, приводящие к образованию сажи в первичной зоне "Ы-О-Ь"-камеры.

Снижение уровня ЫОх и дыма в ГТД невозможно без всестороннего изучения процессов, происходящих в первичной зоне камеры сгорания. К настоящему времени изучено влияние режимных параметров (давления, состава, температуры, времени пребывания, рода топлива) на механизм и количественные характеристики сажеобразования. Большинство этих исследований проведены в квазиламинарной подстановке и характеризуют в основном химическую сторону процессов. Между тем, процесс горения в камере сгорания является в значительной мере турбулентным диффузионным и определяется главным образом физическими явлениями. Ряд отечественных и зарубежных авторов проводили модельные исследования сажеобразования в турбулентном диффузионном факеле /16 . . . 18,20, 34,36, 50, 63...68, 70, 73, 78, 82, 86, 88,96,97,102,106,107,117/. Эти исследования отличают тщательно отработанные методические подходы, достаточно удовлетворительно изученные кинетические факторы, более или менее твердо установившиеся представления о механизме образования сажи. Эти представления систематизированы и обобщены в математических моделях. Отечественными и зарубежными специалистами предложен также ряд методик количественного определения содержания сажи в продуктах

сгорания углеводородных топлив при экспериментальных исследованиях /16,17,45,63,66,70,73, 78,85,97,103,106/.

Вместе с тем, проведенные исследования недостаточно полно отображают процессы, происходящие в первичной зоне камеры сгорания. Экспериментальные данные по влиянию турбулентных пульсаций зачастую разрозненны и противоречивы. Математические модели сажеобразования отличаются эмпирическим подходом. Отсутствие более или менее точных, надежных и производительных методов определения локальной концентрации дисперсного углерода затрудняет проведение представительных опытов.

Практика показывает, что без достаточного уровня понимания сложных физико-химических процессов образования Ж)х и сажи невозможна рациональная организация горения в камере сгорания ГТД. Этот уровень, как правило, достигается с помощью современных методик исследований и математических моделей этих процессов. Модели разрабатываются на основании экспериментальных исследований, полученных в опытах на модельных установках, так как исследования, проведенные в условиях натурных камер, являются дорогостоящими и не позволяют установить фундаментальные закономерности процессов вследствие влияния ряда сопутствующих неконтролируемых факторов. Реализация процесса в камере сгорания ГТД имеет свою специфику, связанную с необходимостью специальной организации течения газа с циркуляционными зонами, необходимыми для обеспечения стабилизации пламени в камере сгорания в широком диапазоне режимных параметров работы двигателя. При этом сложная газодинамическая картина течения существенным образом влияет на процессы образования Ы0Х и сажи вследствие изменения температуры, концентраций топлива и воздуха

под воздействием газодинамических факторов и тепломассообмена.

Весьма существенный вклад в распространение пламени в реальных камерах сгорания вносит уровень турбулентности. Он характеризуется интенсивностью и масштабом турбулентных пульсаций, наличием крупных вихревых структур, процессами турбулентного переноса. В реальных камерах сгорания авиационных ГТД из-за сложности газодинамических течений в первичной зоне камеры сгорания учесть все эти факторы не представляется возможным, а взаимодействие их с процессами турбулентной диффузии и излучения значительно усложняет проблему численного моделирования. Эти обстоятельства, однако, не снимают существование проблемы влияния турбулентных характеристик в камере на концентрацию выбросов оксидов азота и сажи /26,38/.

В этой связи, с учетом многообразия и сложности процессов горения, проблема совместного исследования сажеоб-разования и 1ЮХ с целью их снижения в камерах сгорания типа "И-О-Ъ" является весьма актуальной в настоящее время.

1.2. Анализ условий образования оксидов азота в камерах сгорания

Физико-химические процессы образования, оксидов азота в значительной мере зависят от конструктивных факторов и режимных параметров КС /19,47,50,70,77,84/. Некоторые исследователи /14,23,24,47,60/ считают немаловажным фактором излучение пламени и неравновесность химических реакций, а ряд авторов отводит значительную роль турбулентным пульсациям /22,23,24,42,46,60,101,110/. Существуют работы, в которых рассматривается определяющая роль особенностям конструкции камеры /47,77/.

В то же время существуют определенные классические представления о механизмах образования 1ЮХ, на которых базируются все вышеупомянутые исследования. В настоящее время сложился комплекс знаний о трех возможных путях образования оксидов азота /21,51/:

-термические 1ЮХ, -топливные 1Я0Х, -быстрые Ы0Х.

Первый тип (термические оксиды) образуются при горении обедненных топливовоздушных смесей и смесей, близких по составу к стехиометрическим. Они образуются из атмосферного азота и описываются цепным механизмом Зельдовича /35/:

02 о 20 (1.3)

0 + К2<=>Ж)+К (1.4)

К+02 <=>N0+ 0 (1.5)

Первоначальный механизм был в дальнейшем расширен включением реакции:

/84/, (1.6)

а совокупность 4-х реакций носит название "расширенного механизма Зельдовича".

Таким образом, суть состоит в том, что вначале происходит термическая диссоциация молекул кислорода на атомы кислорода, которые затем, реагируя с молекулярным азотом, образуют N0. Реакция носит цепной характер, а высвободившиеся атомы азота, реагируя с молекулами 02, также образуют N0. Реакция (1.6) может иметь место в обогащенных пламенах /20/. Для скорости образования N0 получено следующее выражение в предположении, что основная часть N0 образуется после процесса горения, и процесс образования N0 выделен из процесса горения /20/:

тк^е^ (1.7)

То есть, скорость образования Ы0Х можно рассчитать, если предположить, что окисление азота происходит в термодинамически равновесных (кроме N0 и 1\Г) продуктах сгорания. Следует заметить, что константа реакции к{ в формуле (1.7) существенно зависит от температуры и концентрации атомов кислорода, которые в действительности сильно превышают локально равновесную концентрацию.

В работе /95/, в частности, приведены данные о влиянии температуры воздуха на входе в камеру сгорания на индекс эмиссии £ЮХ (рис.1.1). Влияние начальной температуры на выброс Ы0Х отмечается также во многих других работах. Это еще раз подтверждает название этой группы Ы0Х- "термическая". Для неё будет справедлива и кривая, характеризующая влияние состава на индекс эмиссии (см., например, работу /27/). Эта кривая является классической, характеризующей в общем случае влияние состава топливовоздушной смеси на индекс эмиссии 1ТОХ (рис.1.2).

Что касается "топливных" 1Я0Х, то активным источником их образования являются топлива, содержащие химически связанный азот. Ими могут явиться как легкие фракции перегонки нефти (0, 05...0, 07%), так и высококипящие тяжелые фракции (1,4...1,8%) /20/.

При горении таких топлив в камерах сгорания наиболее вероятным составом, при котором происходит превращение связанного азота в N0, является либо стехиометрический, либо обедненный состав. С обогащением же смеси выход Ы0Х снижается. В процессе горения происходит термическое разложение азотсодержащих топлив с образованием промежуточных соединений типа ЫН2,ЫН3; НСЫ; ЫН.

Влияние температуры воздуха на входе в камеру сгорания на выбросы Юх (по данным

работы /95/

ыог

30

20

10

о

О А 4

У А ¡4 +

0 - ---- ........-

300 400 500

□ 6

А

О 4 А

600

700 Г, А"

Рис.1.x

Влияние коэффициента избытка воздуха на выбросы Юх в термодинамически равновесном составе (по данным работы /27/)

ЕЛ

N0,

100

10

0,1

0 0, 4 0, 8 1, 2 1, б ОС

Обычно в больших концентрациях образуется цианистый водород /84/. Его источником могут быть, с одной стороны, значительное количество связанного азота в топливе, а с другой - окись азота, образованная в обедненных

участках диффузионного факела по уравнению

~2к{0){N2) (1.8)

которая может диффундировать в переобогащенные области и вступать в следующую реакцию:

N0+ СН3 => НС№ Н20 (1.9)

В дальнейшем цианистый водород вступает в два вида конкурирующих реакций:

1)с кислородсодержащими веществами, дающими в результате N0;

2) реакции с N0, результатом которых является Ы2.

Следует учесть, что в авиационных керосинах азотсодержащие компоненты отсутствуют. Однако в последнее время в связи с удорожанием очистки топлив, в их состав могут входить ароматические добавки, содержащие аминогруппы /1 /.

Что же касается топлив для газотурбинных стационарных установок, то в состав топлив, применяющихся для них (мазуты, тяжелые дистилляты), входят азотсодержащие компоненты /57/. Таким образом, проблема снижения топливных Ы0Х для стационарных газотурбинных установок (либо ГТУ для наземного транспорта) становится наиболее острой.

Так называемыми "быстрыми М0Х" являются оксиды азота, образующиеся на ранних стадиях процесса горения, в быстрых реакциях фронта пламени. Они происходят в основном в переобогащеннных смесях (механизм этих реакций

образования отличается от "механизма Зельдовича") и

определяются, главным образом, отклонением концентрациии промежуточных веществ (в частности, атомарного кислорода) , от термодинамически равновесных значений /24/. В работе отмечается также, что максимальные значения концентрации атомарного кислорода могут на порядок и более превышать равновесные значения. Это обстоятельство автор /2 4/ доказывает многими опытными данными других исследователей.

С другой стороны, в работе /24/ не отрицается гипотеза об образовании "быстрых" Ы0Х за счет циансодержащих групп (НСЫ, СЫ), а в работе /72/ эта идея также находит подтверждение. При этом в основе лежат следующие ре-

акции /24/:

Данная гипотеза получила опытное подтверждение, так как в ряде экспериментов были определены довольно высокие концентрации НСЫ (порядка 0,01...0,1 мг/л) /79,88/.

Таким образом, выявлены основные кинетические факторы, влияющие на скорость окисления азота. Между тем, камеры сгорания как авиационных, так и стационарных ГТД являются сложными техническими устройствами, в которых происходят и процессы испарения, распыливания и смешения воздуха и испаренного топлива. Очевидно, что учет одних только кинетических факторов окажется некорректным. Более того, картина горения в камере сгорания осложняется высоким уровнем турбулентных пульсаций (главным образом, температуры и концентрации топлива) и значительными отклонениями от термодинамического равновесия. Сле

СН+1Ч2оНСК+К

м+он<=>мо+ н

N+€>^>N0

(1.10) (1.11) (1.12) (1.13)

довательно, в рамках равновесной химической кинетики, а

также без учета влияния турбулентности, объяснение осо-

»

бенностей окисления азота представляется сложным.

Несмотря на значительные трудности в формализации влияния вышеприведенных факторов, многим авторам все же удалось достичь в этом некоторых успехов. Так, в одной из работ А.В.Талантова с его сотрудниками /27/ представлена неравновесная константа скорости химической реакции через равновесную в энергетически неравновесных условиях:

К - К ехр

не равн. равн. л

Здесь Еа - энергия активации реакции,

Л - универсальная газовая постоянная, 7 - температура среды, которая определяется из

общего теплового баланса Тф - та температура среды, при которой равновесная флуктуация энергии частиц равна неравновесной, соответствующей 7. Согласно исследованиям, проведенным в работе /27/, константы скорости окисления азота по механизму Я.Б.Зельдовича, могут превышать равновесную константу (при 7 = 2500 К) приблизительно в 60 раз. Для учета влияния турбулентности авторы /27/ вводят так называемый критерий механизма горения в турбулентном потоке:

К — -т (1.15)

" ин Ь0 1п(1 + \¥Чии)

Здесь - характерная толщина ламинарного фронта

пламени; 11н - нормальная скорость распространения пламени; Ж' - пульсационная скорость.

Е

а

Я

Т Т

\

(1.14)

Влияние вышеназванного критерия, показанное на рис.1.3, определяется эмпирической .формулой:

1\ЮХ

Заключение диссертации по теме «Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов», Альметов, Фарид Махмутович

• результаты исследования сажеобразования при различных способах подачи топлива доказывают возможность организации горения с низкими концентрациями сажи в обогащенной первичной зоне; это является необходимым условием снижения 1Юх в первичной зоне камеры сгорания "11-0-1/'-типа.

3.Создан экспериментальный комплекс, позволяющий моделировать процессы горения в камере сгорания "И-О-И/'-типа с использованием автоматизации средств измерений.

4.Разработана методика мониторинга локальной концентрации и размеров сажевых частиц, основанная на измерении спектральной прозрачности сажевого аэрозоля, позволяющая проводить измерения в камерах сгорания в реальном масштабе времени.

5.На основе результатов исследований сформированы следующие практические рекомендации по организации рабочего процесса в камере сгорания "К-0-Ъ"-типа:

Оптимальный подбор длины первичной зоны позволяет добиться снижения Ы0Х . Уменьшением микромасштаба смешения можно достичь низких уровней 1Юх и избежать организации предварительного смешения топлива и воздуха при одинаковых значениях критерия Дамкелера. Регулирование состава и качества смешения позволяет достичь минимального уровня сажеобразования и приемлемых концентраций И0Х:

• для снижения ]ЮХ и достижения минимального уровня дымления необходимо организовать диффузионное горение в первичной зоне с ах «0,45.0,55;

• наиболее оптимально подобранные составы с точки зрения минимизации появления «новых» 1ТОХ : «0,52. . .0, 55; а2~2,5.3,0.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИИ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ Результаты работы внедрены в Государственное научно-производственное предприятие «Мотор» (г.Уфа), используются в учебном процессе на кафедре ТАРД УГАТУ по специальности «Авиационная и ракетно-космическая теплотехника».

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Альметов, Фарид Махмутович, 1998 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.Акимов В.М. и др. Теория и расчет воздушно-реактивных двигателей. М., Машиностроение, 1987.-С.568.

2.Альметов Ф.М., Кружков В.Н., Ощепков Н.М. К вопросу об измерении концентрации сажи в камерах сгорания ГТД.// Тезисы докладов межотраслевой научно-технической конференции. Совершенствование методов и средств стендовых испытаний ВРД и их узлов. М., ЦИАМ. (13-15 декабря 1988).-С.34.

3.Альметов Ф.М., Кружков В.Н. О механизме сажеобразования при турбулентном горении неоднородной смеси. // Тезисы докладов II межотраслевой научно-технической конференции. Проблемы газовой динамики двигателей и силовых установок. М., ЦИАМ. (19-23 ноября 1990).-С.57.

4.Альметов Ф.М., Бакиров Ф.Г., Захаров В.М., Кружков В.Н. Экспериментальное исследование образования сажи при турбулентном горении в условиях лабораторного факела. // Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции. Образование и выброс канцерогенных углеводородов с продуктами сгорания топлив. Самара,СГАУ. (4-6 июня 1991).-С.23.

5.Альметов Ф.М., Бакиров Ф.Г., Кружков В.Н., Захаров В.М., Полещук И.З. Моделирование процессов сажеобразования и выгорания в камерах сгорания ГТД. // Международная конференция по горению.- Москва, С-.Петербург. (21-26 июня 1993),(тезисы доклада).-С.41.

6.Альметов Ф.М., Бакиров Ф.Г., Кружков В.Н., Лазунов Д. Л.- Экспериментальное исследование процесса образования сажи при турбулентном горении. // Материалы 1-ой Поволжской научно-технической конференции. Научно-исследова-тельские разработки и высокие технологии двойного применения.- Самара, 1995.-С.75-76.

7.Айвазян С.А.Енюков И.С., Мешалкин Л.Д. Прикладная статистика: Основы моделирования и первичная обработка данных. М.: Финансы и статистика. 1983.-С.241.

8.А.с.1550359 СССР, МКИ4 С 01 N 1/20 Сажевый пробоотборник. // Ф.М. Альметов, Р.Ф. Ахметов, Н.Х. Баширов, В.И. Маскаев (СССР).-№4428240/31-26; заявлено 18.05.88; опубл.15.03.90 ., Бюл.№ 10. // Открытия. Изобретения.-1990.-№ 10.-С.194.

9.А.с.1038715 СССР, МКИ3 Б 23 Б 13/00 Газовая горелка.// Т.Л. Басаргин, Л.К. Захаров(СССР).-№ 3410838/24-06; заявлено 17.03.82; опубл.30.08.83., Бюл.№ 32. // Открытия. Изобретения.-1983.-№ 32.-С.153.

10.А.с.775517 СССР, МКИ3 Б 23 Б 13/00 Газовая горелка.// Т.М. Барахтенко, В.А. Ширинкин (СССР).-№ 2533508/24-06; заявлено 03.10.77; опубл.30.10.80. , Бюл.№ 40. // Открытия. Изобретения. Промышленные образцы. Товарные знаки. -1980.-№ 40.-С.204.

11.А.с. 661190 СССР, МКИ2 Б 23 О 13/00 Горелка.// Б.Л. Адинсков (СССР).-№ 2437614/24-06; заявлено 27.12.76; опубл.05.05.79., Бюл.№ 17. // Открытия. Изобретения. Промышленные образцы. Товарные знаки.-1979.-№ 17.-С.127 .

12.А.с. 949294 СССР, МКИ3 Б 23 Б 15/00 Газовая горелка.// А.А. Черный (СССР).-№ 2489629/24-06; заявлено 18.07.77; опубл.07.08.82., Бюл.№ 29. // Открытия. Изобретения. Промышленные образцы. Товарные знаки.-1982.-№ 2 9.-С.154.

13.А.с. 918682 СССР, МКИ3 Б 28 Б 19/02 Регенеративный вращающийся воздухоподогреватель.// А.У. Липец, Б. И. Носков (СССР).-№ 2958757/24-06; заявлено 10.06.80; опубл.07.04.82., Бюл.№ 13. // Открытия. Изобретения.

Промышленные образцы. Товарные знаки.-1982.-№ 13.-С.162.

14.Ахмад Т., Пли С., Майеро Д. Расчет количества выбросов окислов азота и сажи, образующихся в турбулентных диффузионных пламенах. Энергетические машины, 1985, т.107, №1.-С.34-45.

15.Баев В.К., Головичев В.И., Третьяков П.К. и др. Горение в сверхзвуковом потоке.- Новосибирск: Наука, 1984.-С. 303.

16.Бакиров Ф.Г., Баширов Н.Х., Захаров В.М., Полещук И.3., Кружков В.Н., Шайхутдинов З.Г. К методике исследования количественных характеристик сажеобразования при гомогенном горении топливовоздушных смесей.// Вопросы теории и расчета рабочих процессов тепловых двигателей: Межвузовский научный сборник /УАИ, 1979, вып. 3, с.110-119.

17.Бакиров Ф.Г., Баширов Н.Х., Захаров В.М., Кружков В.Н. Разработка методики экспериментальных исследований сажеобразования в процессе горения гомогенной смеси при давлениях до 2.0 МПа. Физика горения и взрыва, 1982, №2 . -С.143-145.

18.Бакиров Ф.Г., Захаров В.М., Полещук И.З., Шайхутдинов З.Г. Образование и выгорание сажи при сжигании углеводородных топлив.- М. Машиностроение, 1989.-128 е.: ил.

19.Блох А.Г. Тепловое излучение в котельных установках.- Л: Энергия, 1967.-С.326.

20.Боумэн К. Т. Кинетика образования и разложения загрязняющих веществ при горении.- В кн.: Образование и разложение загрязняющих веществ в пламени, /пер.с англ. под ред. Ю.Ф.Дитякина. М. : Машиностроение, 1981.- С. 59-83.

21.Боуэн T. Jl., Гимон Д.Р., Манч Р. К. Экспериментальное исследование загрязнения рекуператоров газотурбинных установок.- Энергетические машины и установки, 1988, №2.-С.1-5.

22.Бурико Ю.Я., Кузнецов В.Р. О возможном механизме образования окислов азота при турбулентном диффузионном горении. Физика горения и взрыва том 14, 197 8 №3.-С. 32-42.

23.Бурико Ю.Я., Кузнецов В.Р. Образование окислов азота при турбулентном диффузионном горении в течениях струйного типа. Труды ЦИАМ № 1086, 1983.-С.2-22.

24.Бурико Ю.Я. Исследование образования окислов азота в турбулентных пламенах струйного типа. Дисс...канд. физ.-мат. наук, M.1982.-С.212.

25.Бурико Ю.Я., Гольцев В.Ф., Мамин C.B., Миронов А. К., Липатов П.А., Христов П.А. Предельно возможное снижение эмиссии оксидов азота при сжигании "бедной" предварительно перемешанной смеси воздуха с различными углеводородными топливами. Тезисы научно-технической конференции "Физико-химические проблемы экологии энергоустановок на углеводородных топливах". М., ЦИАМ, 1995.-С.34 .

26.Вагнер В. и др. Направление разработок и исследований камер сгорания газотурбинных двигателей: пер. с англ.-Новости зарубежной науки и техники. Серия "Авиационное двигателестроение", М., ЦИАМ, 1986, №6.-С.7-10

27.Валиев Ф.М., Талантов A.B., Щукин В.А. Исследование закономерностей образования токсичных веществ в пламени. Известия вузов. Авиационная техника, Казань, 1981 N 3.-С.27-33.

28.Васильев А.П. и др. Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей. М., Высшая школа, 1967.-С.675.

29.Газоаналитические измерительные преобразователи ГИП СО, ГИП С02 для системы АСГА-Т. Техническое описание

и инструкция по эксплуатации АПИ3.352.00 5 ТО. Киев.1984.-С.45.

30.Грановский В.А., Сирая Т.Н. Метод обработки экспериментальных данных при измерениях. - Л.: Энергоатомиз-дат. Ленинградское отд-е, 1990.-С.288.

31.Гуревич Ф.М., Зайцев С.А., Захаров В.М. Определение экологических и эксплуатационных характеристик экспериментальной двухзонной камеры сгорания для энергетических ГТУ и газоперекачивающих установок. Тезисы научно-технической конференции "Физико-химические проблемы экологии энергоустановок на углеводородных топливах". М., ЦИАМ, 1995.-С.55.

32.Додз В. и др. Камера сгорания для топлив ухудшенного качества с регулируемым распределением воздуха: пер. с англ. - Новости зарубежной науки и техники. Серия "Авиационное двигателестроение", М., ЦИАМ, 1988, №10.-С. 13-19.

ЗЗ.Зайдель А.Н. Ошибки измерений физических величин.- Л.: Наука, 1974.-С.108.

34.Захаров В.М., Бакиров Ф.Г., Кружков В.Н., Мордовина А.О., Рыбина М.М. Некоторые аспекты механизма образования и выгорания сажи в камерах сгорания авиационных газотурбинных двигателей. // Материалы VI Совещания подгруппы "Воздействие воздушного транспорта на окружающую среду" советско-французской группы по авиационной промышленности. М., ЦИАМ, 1986.-С.46.

35.Зельдович Я.Б., Садовников П.Я., Франк-Каменецкий Д.А. Окисление азота при горении. Изд-во АН СССР, 1947.-С. 245.

36.Исследование процессов образования дисперсного углерода и изыскание путей снижения уровня дымления камер сгорания авиационных двигателей: Технический отчет (итоговый) по теме 1-08-81 /Бакиров Ф.Г. и др.- Уфим. авиац. ин-т, № ГР ВНТИЦ 01818014616; инв.№0284.0084162 - Уфа,1983.-С.36.

37.Канило П.М. Эмиссия полициклических ароматических углеводородов с продуктами сгорания углеводородных топливных смесей. ФГВ N 5, 1983.-С.64-68.

38.Каретто Л. С. Математическое моделирование образования загрязняющих веществ в пламени /пер. с англ. под ред. Ю.Ф. Дитякина. М. Машиностроение, 1981.-С.84-137.

39.Кашапов P.C., Максимов Д.А., Тухбатуллин Ф.Г. Опыт создания горелочного устройства с предварительным смешением топлива для камеры сгорания газоперекачивающего агрегата ГТК-10-4 со "сверхнизким" уровнем эмиссии NOx. // Тезисы научно-технической конференции "Физико-химичес-кие проблемы экологии энергоустановок на углеводородных топливах". М., ЦИАМ,1995.-С.65.

40.Кнорре В.Г., Прихоженко А.И., Дубовицкий А.Я., Манелис Г.Б. Кинетика химических реакций: Материалы VI Всесоюзного симпозиума по горению и взрыву. Черноголовка, 1980.-С.75-78.

41.Кныш Ю.А., Горбатко A.A., Лукачев C.B., Розно В.Г. Выброс ПАУ с отработавшими газами ГТД. // Тезисы Всесоюзной научно-технической конференции "Образование и выброс канцерогенных углеводородов с продуктами сгорания топлив", Самара, (4-6 июня 1991).-С.34.

42.Колесников Л.П. Газовая хроматография в исследованиях природных газов, нефтей и конденсатов. М., Недра, 1972.-С.64-59.

43.Корякин Н.И. и др. Краткий справочник по физике. М.: Высшая школа, 1964.-С.548.

44.Кремлевский П.П. Измерение расхода многофазных потоков.-Л . : Машиностроение. Ленинградское отделение 1982. - С.214.

45.Кружков В.Н., Альметов Ф.М., Ощепков Н.М., Мулик О.С. Методика определения содержания дисперсного углерода в продуктах сгорания углеводородного топлива.- Межвуз. научн. сб. // Уфим. авиац. ин-т, 1992, вып. 15. Вопросы теории и расчета рабочих процессов тепловых двигателей.- С. 122.

4 б.Кузнецов В.Р., Сабельников В.А., Турбулентность и горение.- М. Наука. Гл.ред.физ.-мат. лит.,1986.- С.288.

47.Кузнецов В. Р. Образование окислов азота в камерах сгорания ГТД. Труды ЦИАМ, N 1086, 1983.-С.24-30.

48.Лебедев Б. П. О влиянии смешения на процесс - горения" топлива в первичной зоне камеры сгорания ГТД.- Труды ЦИАМ №1010, 1982.-С.2-19.

49.Левин A.M. Принципы рационального сжигания газа. Л. Недра, 1977.-С. 247.

50.Лефевр А. Процессы в камерах сгорания ГТД.-М. Мир,1986.-С.405.

51.Маркс М. и др. Расчет количества загрязняющих веществ, выделяющихся из камеры сгорания ГТД с учетом свойств топлива, режимных параметров и ее размеров: пер. с англ. Новости зарубежной науки и техники. Серия "Авиационное двигателестроение", М., ЦИАМ, 1989, №12.-С.24-27.

52.МИ 1317-86. Методические указания: Государственная система обеспечения единства измерений. Результаты и характеристики погрешности измерений. Формы представления. Способы использования при испытаниях образцов про

дукции и контроля их параметров. М.: Издательство стандартов, 1986.- С.29.

53.Научно-исследовательские лаборатории теплофизического профиля / Гортышов Ю.Ф., Дресвянников Ф.Н., Идиатуллин Н.С., Калмыков И.И., Ковальногов H.H., Филин В.А., Щукин В. А. - Изд-во Казанского университета, 1988.-С.322 .

54.Нечаев Ю.Н., Кобельков В.Н., Полев A.C. Авиационные турбореактивные двигатели с изменяемым рабочим процессом для многорежимных самолетов.- М., Машиностроение, 1988.-С.176.

55.Предельно допустимые концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе населенных мест. Утв. зам. главн. сан. врача СССР 16 августа 1975 г. N 1342-75 (отдельный оттиск).-С.23.

56.Приложение № 16 к Конвенции о Международной гражданской авиации т.II. Эмиссия авиационных двигателей. ИКАО,1985.-С.43.

57.Пчелкин Ю.М. Камеры сгорания газотурбинных двигателей. М. Машиностроение, 1973.-С.228.

58.Ризк Н., Монгиа X. Использование корреляционных зависимостей для определения влияния топлив повышенной плотности на характеристики камер сгорания ГТД. Новое в зарубежной науке и технике. Серия "Авиационное двига-телестроение" № 6, 1990.-С.9-14.

59.Сафаров H.A. Поведение параметров развитого турбулентного потока в прямолинейном цилиндрическом канале, вращаемом относительно продольной оси. Дисс... канд. физ.- мат. наук, М. 1986.-С.234.

60.Сигал И. Я. Защита воздушного бассейна при сжигании топлива. Л.1977.-С.14 6.

61.Сотеран А., Пиерс Д.Е., Овертон Д.Л. Некоторые вопросы, связанные с применением малотоксичной двухзонной камеры сгорания. Энергетические машины и установки, т.107, № 1, 1985.-С.1-9.

62.Справочник по физико-химическим методам исследования объектов окружающей среды. / Под ред. Г.И. Арановича. Л.: Судостроение, 1979.-С.647.

63.Сударев A.B., Антоновский В.И. Камеры сгорания газотурбинных установок: Теплообмен.- Л.: Машиностроение, Ленингр. отд.-е. 1985.-С.272.

64.Суровикин В.Ф. Аналитическое описание процессов заро-дышеобразования и роста частиц сажи при термическом разложении ароматических углеводородов в газовой фазе /Химия твердого топлива, 1976, № 1.-С.111-112.

65.Суровикин.В.Ф. Исследование кинетики и механизма образования дисперсного углерода при разложении жидких углеводородов. -В кн.: Производство и свойства углеродных саж. / Научные труды, вып. 1, Омск, 1972.-С.9-30.

66.Сторожук Я. П. Камеры сгорания стационарных газотурбинных и парогазовых установок.- Л.: Машиностроение, 1976.-С.230.

67.Теснер П.А. Образование углерода из углеводородов газовой фазы. М.: Химия, 1972.-С.136.

68.Теснер П.А. Образование сажи при горении. /ФГВ. 1979, № 2.- С.3-13.

69.Тухбатуллин Ф.Г., Кашапов P.C. Малотоксичные горелоч-ные устройства газотурбинных установок.- Уфа: ИППЭП, 1994.-С.138.

7 0.Хейвуд Дж. и др. Образование и рассеяние загрязняющих атмосферу продуктов выхлопа двигателей реактивных самолетов. Ракетная техника и космонавтика. № 5, 1974.-С. 89-101.

71.Хилт M.Б., Уаслоу Дж. Конструктивные способы снижения окислов азота из камер сгорания мощных газовых турбин. Энергетические машины, 1984, т.106, №4.-С.79-89.

72.Чигир H.A. Образование и разложение загрязняющих веществ в пламени, /пер.с англ. под ред. Ю.Ф.Дитякина. М.: Машиностроение, 1981.-С.59-83.

7 3.Экерле У.Э., Росфьорд Т.И. Концентрация сажи в типичной камере сгорания газотурбинного двигателя. Аэрокосмическая техника № 11 1988.-С.45-58.

74.Экстедт Э. Перспективные схемы камер сгорания с низким уровнем выбросов вредных веществ (совместная программа NASA - General Electric): пер. с англ. Новости зарубежной науки и техники. Серия "Авиационное двигателестрое-ние", М., ЦИАМ, 1988, №12.-С.18-25.

75.Яковлева K.JI., Кормышева A.A. Применение метода газовой хроматографии для анализа продуктов горения углеводородных топлив и газообразных продуктов горения некоторых спецтоплив. Технический отчет, ЦИАМ, М., 1969, № 6135.-С.78.

76.Янковский В.М., Сыченков В.А., Данильченко A.B., Кузнецов В.Я. Оптимизация процессов горения в цилиндрических модулях фронтовых устройств камер сгорания. // Интенсификация процессов тепломассообмена в энергетических и технологических установках. М., МЭИ, 1988.-С. 104-112.

77.Al Dabbagh, N.A., Andrews,G.Е. The Influence of Pre-mixed Combustion Flame Stabilizer Geometry on Flame Stability and emissions. // Trans.ASME. J. of Engineering for Power 1981, v.103.-P.749-758.

78.Arai,M. and Hiroyasu,H. Measurement of Soot Concentration in Turbulent Diffusion Flames. // JSME int. Journal, Ser.II, Vol.31(2) 1988.-P.306-313.

79.Bachmaier, F., Eberius, K.H.and Just, Th. The Formation of Nitric Oxide and Detection of HON in Premixed Hydrocarbon Air Flames at 1 Athmospheres. // Combustion Science & Technology,1973, vol.7 №1.-P.77-84.

80.Bakirov, F.G., Almetov, F.M., Kruzhkov, V.N., Polescuk, I.Z., Zakharov, V.M. Modelling of Soot Forming and Burning Process in Gas Turbine Combustors. //International Conference on Combustion. June, 21...26, 1993 (Abstracts), Moscow-St-Petersburg.-P.34-39.

81.Beckman Models 864/865. Non Dispersive Infrared Analyzers. Bulletin 4416. Automotive Test Instruments Operation. 2500 Harbor Blvd. Fullerton, CA 92634, USA.-P.40.

82.Calcote, H.F. Mechahisms of Soot Nucleation in Flames. - A Critical Review. // Combustion & Flame, Vol.42, 1981.-P.215-242.

83.Environmental Protection Agency. // Control of Air Pol-lutionfrom Automobile & Aircraft Engines, U.S. Federal Register, 1973, 38,(136), Part II,July, 17.-P.34-37.

84.Fenimore,C.P. Pollutant Formation and Destruction in Flames. // Frontiers of Chemistry Plenary and Keynot Lecture 28-th JUPAC Congress, Vancouver, 16-22 August 1981.-P.56-58 .

85.Flower,W.L. Optical Measurements of Soot Formation in Premixed Flames. // Combustion Science & Technology, Vol.33, 1983.-P.17-33.

86.Glassman, I., Yaccarrino, P. The Temperature Effect in Sooting Diffusion Flames. // The 18-th Symposium (Int.) on Combustion, The Combustion Institute, Pittsburg, PA, (1981).-P.1175-1183.

87.Haynes, B.S.,Iverach, D. and Kirov, N.Y. The Behavior of Nitrogen Species in Fuel Rich Hydrocarbon Flames. // The 15th Symposium (International) on Combustions.The Combustion Institute, 1975.-P.1103-1111.

88.Haynes, B.S.and Wagner H.G. Soot Formation. // Progress of Energy Combustion Science,vol.7,1981.-P.229-273.

89.Janicka, J. and Peters,N. Prediction of Turbulent Jet Diffusion Flame lift-off using a PDF-Transport Equation. // The 19th Symposium (International) on Combustion. The Combustion Institute.- P.367-369.

90.Kennedy, J.M. The Suppression of Soot Particle Formation in Laminar and Turbulent. // Combustion Science & Technology, Vol. 59,1988.- P.107-121.

91.Kent,J.H.,Jander,H. and Wagner,H.G. Soot Formation in a Laminar Diffusion Flame. // The 18th Symposium (International) on Combustions. The Combustion Institute, 1981.-P.245-249.

92.Kent,J.H.,Jander,H. and Wagner,H.G. Soot Measurements in a Laminar Ethylene Diffusion Flames. // Combustion & Flame, Vol. 47,1982.-P.53-65.

93.Kent,J.H. A Quantitive Relationship Between Soot Yield and Smoke Point Measurements. // Combustion & Flame, vol.63, 1986.-P.349-358.

94.Kruzhkov V.N., Almetov,F.M., Lazunov,D.L. and Baki-rov, F.G. Experimental Study on Soot Formation in a Turbulent Flames. // The China-Russia Symposium on Aero-Engines (Abstracts). Nanjng, China, June, 28-30,1997.-P.312.

95.Lipfert, F.W. Correlation of Gas Turbine Emissions Data. // ASME Paper № 72-GT-60,1972.-P.45-46.

96.Macfarlane, J.J., Holderness, F.H., Wither, F.S. Soot Formation Rates in premixed C5 and C6 Hydrocarbon Air Flames at Pressure up to 20 atm. // Combustion & Flame, vol.8 №3,1964.-P.215-229.

97.Magnussen,B.F., Hiertager,B.H. On Mathematical Modelling of Turbulent Combustion with Special Emphasis on Soot Formation and Combustion. // The 16-th Symposium (In-ternational) on Combustion. Cambrige: 1976.-P.719-729.

98.Martin, F.J. and Dederick, P.K. NOx from Fuel Nitrogen in Two-Staged Combustion. // The 16th Symposium (Int.) on Combustion, 1976.- P.191-198.

99.McArrager, J.S ., Tan,K.I. Soot Formation at High Pressures: a Literature Review. // Combustion Science & Tech-nology, v.5,1972.-P.257-2 61.

100.Meisl,J., Kneer,R. and Wittig,S. Study of NOx Emission Characteristics Conditions. // The 25th Internatinal Symposium on Combustion, 1996.-P.530.

101.Mellor, A.M. Turbulent Combustion Interaction Models for Practic High Intensity Combustors. // The 17-th (International) Symposium of Combustion. Leeds Abstract Paper 1978.-P.377-387.

102.Mellor, A.M. Soot Studies in Gas Turbine Combustors & Other Turbulent Spray Flames. // The 17-th (International) Symposium of Combustion. Leeds Abstract Paper 1978.- P.387-392.

103.Nader,J.S. Current Technology for Continuous Monitoring of Particulate Emission. // Journal of the Air Pollution Control Assotiation 1975 v.25,n.8.-P.814-821.

104.Naegeli,D.W., Mosec,C.A., // ASME Paper №80-GT62 (1980).-P.346.

105.Newman, J.S., and Steciack, J. Characterization of Particulates from Diffusion Flames. // Combustion & Flame, Vol.67,1987.-P.55-64.

106.Nishida, O. and Mukohara, S. Characteristics of Soot Formation and Decomposition in Turbulent Diffusion Flames. // Combustion & Flame, Vol.47(3),1982.-P.269-279.

107.Prado, G.P. Soot and Hydrocarbon Formation in a Turbulent Diffusion Flame. // The 16th Symposium (Int.) on Combustion, 1976.-P.649-661.

108.Richards, G., Sojka,P.E.,and Lefebvre, A.H. Drop-size Studies in a Radially-Uniform Fuel Spray; // SAE Technical Paper Series 85203, 1985.-P.457.

109.Rink, K.K.and Lefebvre, A.H. Pollutant Formation in Heterogeneous Mixtures of Fuel Dropes and Air. // AIAA Paper 86-1526, 1986.-P.12 5-128.

110.Risk,N.K., Mongia, H.C. Gas Turbine Combustor Design Methodology. // Allison Gas Turbine Division. Indianapolis, Indiana 40206-420, 1986.-P.317-321.

111.Risk, N.K., Mongia, H.C. Ultra-Low NOx Reach-Lean Combustion. // ASME Paper, № 90-GT-87, 1990.-P.149-152 .

112.Risk,N.K., Mongia, H.C. Low NOx Rich-Lean Combustion Concept Aplication. // AIAA/SAE/ASME 27th Joint Propulsion Conference. June 24-26, 1991 /Sacramento, CA.-P.78-89.

113.Santoro,R.J., Semerjian,H.G. and Dobbins. Soot Particle Measurements in Diffusion Flames. // Combustion & Flame,1983, vol.51.-P.203.

114.Shirmer, R.M. Emission from Continuous Combustion Systems. Plenum Press, New York, 1972.-P.189-210.

115.Takagi,T. Tatsumi,T. and Ogasavara,M. Nitric Oxyde Formation from Nitrogen in Stages Combustion: Roles of

HCN and NH. // Combustion & Flame, Vol. 35 1979.-P.17-25.

116.Tien, C.L. and Lee, S.C. Flame Radiation. // Progress in Energy Combustion Science Vol.8,1982.-P.41-59.

117.Toon,B. A Rewiew of Aero Engine Smoke Emission Combustion in Advanced Gas Turbine Systems Proc. in Intern. Prop. Symp., Cranfield, 1967,v.10. P.271-294.

118.Toqan,M., Farmayan,W.F., Beer,J.M., Howard,J.B. and Teare J.D. PAH and Soot Formation in Fuel-Rich Turbulent Coal Liquid and Natural Gas Diffusion Flames. // The 20th Symposium (International) on Combustion.. The Combustion Institute, 1984. P.1075-1081.

119.Tsuji,H. and Jamaoka,I. The Counterflow Diffusion Flame in the Forward Stagnation Region of a Porous Cylinder. // The 11th Symposium (International) on Combustion. The Combustion Institute, 1967.-P.979-981.

120.Tsuji,H. and Jamaoka,I. The Structure of a Counterflow Diffusion Flame in the Forward Stagnation Region of a Porous Cylinder. // The 12th Symposium (Inter-national) on Combustion. The Combustion Institute, 1969.--P.997-1003.