Топливо, горящее, выделяет тепловую энергию, за счёт которой функционируют газотурбинные двигатели. Для эффективного горения его необходимо тщательно смешивать с воздухом, подогрев ускоряет этот процесс. Особенно это важно при использовании бедных смесей, где воздуха больше, чем топлива, из-за чего оно может не полностью сгореть и двигатель работать хуже. Существующие методы подогрева приводят к выбросам углекислого газа и оксида азота, негативно влияющих на здоровье человека и окружающую среду. Учёные Пермского Политеха исследовали процессы при подогреве топливного газа и выяснили, что лучше это делать перед камерой сгорания двигателя – таким образом выброс вредных веществ снизится на 24% для угарного газа.
Статья опубликована Исследование опубликовано в журнале «Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника», номер 79, 2024 года. Работу провели в рамках реализации программы академического стратегического лидерства «Приоритет 2030».
В мире, где экологические проблемы всё важнее, специалисты разрабатывают способы уменьшения вредных выбросов от газотурбинных двигателей. Одним из таких путей является изучение горения обедненных смесей при низких температурах.
Готовую топливную смесь обычно подогревают в камере сгорания за счет температуры пламени. Некоторые исследования используют пористый материал (чаще всего керамику или металл), который нагревается горячими газами и передает тепло смеси. Однако это может снижать эффективность горения из-за потерь давления. Проще организовать подогрев перед камерой сгорания, но этот способ изучен недостаточно.
В ходе исследования ученые Пермского Политеха изучили воздействие преднагрева топлива на процесс горения и образование загрязняющих веществ в камере сгорания.
В эксперименте по изучению горения обедненной смеси политехники применяли стенд, где подавались воздух и топливо. Нагрев осуществлялся подогревателем мощностью до 50 кВт. Расходомеры, датчики давления и температуры регистрировали параметры, а газоанализатор определял концентрацию вредных веществ.
Эксперименты установили, что подогрев воздуха перед камерой сгорания на 24% снижает выброс угарного газа и немного (на 15%) повышает выбросы оксидов азота. Эффект проявляется особенно ярко при увеличении времени горения. Важно понимать, что даже при таком подогреве уровень вредных выбросов остается существенно ниже, чем при высокотемпературном горении, применяемом в обычных газотурбинных двигателях. Алена Шилова, старший преподаватель кафедры «Ракетно-космическая техника и энергетические системы» ПНИПУ, рассказывает. .
Исследователи создали измененные полуэмпирические формулы для более точного прогнозирования выбросов оксидов углерода и азота при низкотемпературном горении обедненных смесей. Формулы учитывают температуру топливного газа, давление в камере сгорания, объем камеры и время пребывания смеси в зоне горения. Инженеры смогут с помощью этих формул более точно моделировать процессы в широком диапазоне температур.
Учёные Пермского Политехника разрабатывают способы сделать подогрев топлива для газотурбинного двигателя более безопасным и эффективным. Такое развитие позволит создавать экологичные энергетические установки с меньшим воздействием на природу.
Информация предоставлена пресс-службой ПНИПУ
Источник фото: ru.123rf.com