Численное моделирование распада топливной плёнки в низкоперепадной форсунке высокоресурсного авиационного двигателя
Автор: Мингалев Станислав Викторович, Иноземцев Александр Александрович, Гомзиков Леонид Юльевич, Сипатов Алексей Матвеевич, Абрамчук Тарас Викторович
Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm
Статья в выпуске: 1 т.12, 2019 года.
Бесплатный доступ
С помощью метода объёма жидкости в приближении осесимметричного закрученного течения исследовано разрушение плёнки керосина в низкоперепадной центробежной топливной форсунке в случае работы авиадвигателя на крейсерском режиме. Моделирование эволюции системы проведено с использованием неосреднённых по Рейнольдсу нестационарных уравнений течения вязкой жидкости на сетках с разным размером ячейки (0,78125; 1,5625; 3,125 и 6,25 мкм); сеточная сходимость достигалась при значении 1,5625 мкм. Выявлено наличие неустойчивости Кельвина-Гельмгольца, которая приводит к появлению волны на поверхности топливной плёнки. После её срыва с кромки плёнкообразующей поверхности истончение в области ложбины волны приводит к разрыву пленки в этом месте. Выявленный сценарий распада топливной плёнки качественно соответствует одному из режимов, выделенных на основе экспериментальных данных на выходе из низкоперепадной центробежной форсунки при нормальных условиях. Особенность этого режима в рассматриваемой форсунке состоит в том, что часть сгустков керосина, образовавшихся в результате распада плёнки, отбрасывается в радиальном направлении внутрь застойной зоны...
Низкоперепадная форсунка, распыл топлива, метод объёма жидкости, осесимметричное закрученное течение, авиадвигатель, численное моделирование
Короткий адрес: https://sciup.org/143167062
IDR: 143167062 | DOI: 10.7242/1999-6691/2019.12.1.3
Список литературы Численное моделирование распада топливной плёнки в низкоперепадной форсунке высокоресурсного авиационного двигателя
- Иноземцев А.А., Коняев Е.А., Медведев В.В., Нерадько А.В., Ряссов А.Е. Авиационный двигатель ПС-90А/Под ред. А.А. Иноземцева. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007. 320 с.
- Баталов В.Г., Степанов Р.А., Сухановский А.Н. Применение прямых оптических методов измерений для исследования характеристик двухфазного потока//Труды МАИ. 2014. №76. 20 c.
- Костарев К.Г., Баталов В.Г., Мизев А.И., Сухановский А.Н., Шмыров А.В. Гидродинамические аспекты процесса формирования и распада топливной пленки, создаваемой форсункой камеры сгорания авиационного двигателя//Вестник Пермского научного центра УрО РАН. 2017. № 1. C. 52-56.
- Баталов В.Г., Степанов Р.А., Сухановский А.Н. Оптические измерения размеров капель в факеле распыла топливной форсунки//Вестник ПГУ. Физика. 2017. № 3 (37). С. 40-47.
- Sivakumar D., Kulkarni V. Regimes of spray formation in gas-centered swirl coaxial atomizers//Exp. Fluids. 2011. Vol. 51. P. 587-596.
- Garai A., Pal S., Mondal S., Ghosh S., Sen S., Mukhopadhyay A. Experimental investigation of spray characteristics of kerosene and ethanol-blended kerosene using a gas turbine hybrid atomizer//Sadhana. 2017. Vol. 42, № 4. P. 543-555.
- Galbiati C., Ertl M., Tonini S., Cossali G.E., Weigand B. DNS Investigation of the primary breakup in a conical swirled jet//High Performance Computing in Science and Engineering’15/Ed. W. Nagel, D. Kröner, M. Resch. Springer, Cham, 2016. P. 333-347.
- Rivas J.R.R., Pimenta A.P., Salcedo S.G., Rivas G.A.R., Suazo M.C.G. Study of internal flow of a bipropellant swirl injector of a rocket engine//J. Braz. Soc. Mech. Sci. Eng. 2018. Vol. 40. P. 289-305.
- Rivas J.R.R., Pimenta A.P., Rivas G.A.R. Development of a mathematical model and 3D numerical simulation of the internal flow in a conical swirl atomizer//Atomization Sprays. 2014. Vol. 24. P. 97-114.
- Khandelwal B., Lili D., Sethi V. Design and study on performance of axial swirler for annular combustor by changing different design parameters//J. Energy Inst. 2014. Vol. 87. P. 372-382.
- Marudhappan R., Chandrasekhar U., Reddy K.H. Optimization of simplex atomizer inlet port configuration through computational fluid dynamics and experimental study for aero-gas turbine applications//J. Inst. Eng. India Ser. C. 2017. Vol. 98. P. 595-606.
- Li X.-g., Fritsching U. Process modeling pressure-swirl-gas-atomization for metal powder production//J. Mater. Process. Tech. 2017. Vol. 239. P. 1-17.
- Warncke K., Gepperth S., Sauer B., Sadiki A., Janicka J., Koch R., Bauer H.-J. Experimental and numerical investigation of the primary breakup of an airblasted liquid sheet//Int. J. Multiph. Flow. 2017. Vol. 91. P. 208-224.
- Сипатов А.М., Карабасов С.А., Гомзиков М.Ю., Абрамчук Т.В.,Семаков Г.Н. Оптимизация конструкции пневматического распыливающего устройства на основе методов трехмерного моделирования//Изв. вузов. Авиационная техника. 2014. № 1. С. 57-62.
- Ma P.C., Esclapez L., Carbajal S., Ihme M., Buschhagen T., Naik S.V., Gore J.P., Lucht R.P. High-fidelity simulations of fuel injection and atomization of a hybrid air-blast atomizer//Proc. of the 54th AIAA Aerospace Sciences Meeting, San Diego, California, USA, January 4-8, 2016. Vol. 14. P. 12056-12064.
- Сипатов А.М., Карабасов С.А., Гомзиков Л.Ю., Абрамчук Т.В., Семаков Г.Н. Применение методов трехмерного моделирования при конструировании пневматических форсунок//Вычисл. мех. сплош сред. 2013. Т. 6, № 3. С. 346-353.
- Мингалев С.В., Гомзиков Л.Ю., Сипатов А.М., Абрамчук Т.В. Моделирование распада пленки керосина в проточной части низкоперепадной форсунки авиационного двигателя методом объема жидкости//Материалы V-ой Всероссийской конференции с международным участием Пермские гидродинамические чтения, Пермь, 26-29 сентября, 2018. -Пермь: Издательский центр ПГНИУ, 2018. -с. 207-209.
- ASME V&V 20-2009. Standard for Verification and Validation in Computational Fluid Dynamics and Heat Transfer (2009)//American National Standard. New York: ASME.
- Моделирование распыливания жидкости в форсунке с помощью метода объемов : Техническая справка: 60353/АО "ОДК-Авиадвигатель"; разраб.: Мингалев С.В. -Пермь, 2017. -15 с.
- Patankar S.V. Numerical heat transfer and fluid flow. Hemisphere Publishing Corporation, 1980. 212 p. P. 118-120.
- Youngs D.L. Time-dependent multi-material flow with large fluid distortion//Numerical methods in fluid dynamics/Ed. K.W. Morton, M.J. Baines. Academic Press, 1982. P. 273-285.
- Казимарданов М.Г., Мингалев С.В., Любимова Т.П., Гомзиков Л.Ю. Моделирование распада пленки на капли в результате развития неустойчивости Кельвина-Гельмгольца//Вычисл. мех. сплош. сред. 2017. Т. 10, № 4. С. 416-425.
- Kulkarni V., Sivakumar D., Oommen C., Tharakan T.J. Liquid sheet breakup in gas-centered swirl coaxial atomizers//J. Fluids Eng. 2010. Vol. 132, no. 1. 011303.
- Kim D., Im J.-H., Koh H., Yoon Y. Effect of ambient gas density on spray characteristics of swirling liquid sheets//J. Propul. Power. 2007. Vol. 23, no. 3. P. 603-611.
- Inamura T., Tamura H., Sakamoto H. Characteristics of liquid film and spray injected from swirl coaxial injector//J. Propul. Power. 2003. Vol. 19, no. 4. P. 632-639.
