Моделирование химического взаимодействия продуктов сгорания с воздухом за срезом сопел двигателей самолета
Автор: Турчинович А.О.
Журнал: Сибирский аэрокосмический журнал @vestnik-sibsau
Рубрика: Авиационная и ракетно-космическая техника
Статья в выпуске: 2 т.16, 2015 года.
Бесплатный доступ
Одним из важных этапов эксплуатации самолетов является гонка двигателей - проверка работоспособности силовых установок летательных аппаратов на специально оборудованных газоотбойниками площадках. Продолжительность данного этапа зависит от двигателей, установленных на самолетах, и может достигать 30 минут, как, например, для рассматриваемого в статье самолета Ан-12. При этом загрязняющие вещества, образующиеся в результате сгорания топлива, оседают на территории места для опробования двигателей и наносят значительный урон окружающей среде. Целью настоящего исследования является разработка модели для анализа поведения струй выхлопных газов при столкновении с газоотбойником и анализа возможных химических реакций продуктов сгорания топлива с кислородом воздуха. Качественный и количественный результат получен путем математического моделирования процесса опробования двигателей. В качестве геометрической модели принята двумерная модель самолета в плане и места для гонки. Кинематическая модель описывает максимальный режим рассматриваемого процесса, характеризующегося полным сгоранием топлива. Построены возможные химические реакции выхлопных газов с кислородом воздуха. Численная реализация данной задачи осуществлена с применением программного продукта Ansys Fluent. Результаты расчета показывают, что выхлопные газы при достижении газоотбойника претерпевают изменение траектории (рассеивание) и потерю скорости. При этом массовые доли продуктов сгорания топлива достигают своего максимального значения на срезе сопла, а массовые доли веществ, образующихся в ходе реакций с кислородом воздуха, - на границе струй с окружающей средой. Протекание реакций способствует увеличению области распространения загрязняющих веществ, полученных в результате окисления, по сравнению с веществами на срезе сопла. Результаты анализа указанных процессов позволяют провести дальнейшее исследование, направленное на уменьшение загрязнения территорий для гонки двигателей. В последующем они могут быть применены на аэродромах, снабженных площадками для гонки двигателей, с целью снижения концентраций загрязнения на приаэродромных территориях.
Самолет, гонка двигателей, газоотбойник, загрязняющие вещества, математическое моделирование, химические реакции
Короткий адрес: https://sciup.org/148177438
IDR: 148177438 | УДК: 621.45.023:504
Simulation of chemical interaction of combustion products with air behind the exit section of nozzles aircraft engine
One of important operational phases of planes is an engine runup - check of operability of engine aircraft power units on the platforms which are specially equipped with blast fence. Duration of this stage depends on the engines installed on planes and can reach 30 minutes, such as for the An-12 plane considered in this article. Thus the pollutants formed as the result of fuel combustion cover the territory of a place for approbation of engines and cause the considerable environmental loss. Objective of this research is model construction for the analysis of behavior of streams of combustion gases at collision with a blast fence and the analysis of possible chemical reactions of products of fuel combustion with air oxygen. In this work I have received the qualitative and quantitative results using mathematical model of operation process of approbation of engines. As geometrical model I accepted the two-dimensional model of the plane in the plan and places for engines runup. The kinematic model describes the maximal mode of the considered process characterized by the complete combustion of fuel. Possible chemical reactions of combustion gases with oxygen of air are constructed under this condition. This task is solved by means of the Ansys Fluent software product solved. Results of calculation show that combustion gases undergo change of a trajectory (dispelling) and loss of speed when interacting with of a blast fence. Thus, the mass fractions of products of fuel combustion reach its maximum number on a nozzle exit. And the mass fractions of the substances formed during reactions with air oxygen reach its maximum number on border of streams with environment. Reaction behavior also promotes increase in area of distribution of the pollutants received as a result of oxidation in comparison with the substances set on a nozzle exit. The received analysis of processes allows to conduct the further research directed on decrease of pollution of territories for engine runup. In the future they can be applied in the airfields supplied with platforms for engine runup for the purpose of decrease of concentration of pollution concentration on aerodrome environs.
Список литературы Моделирование химического взаимодействия продуктов сгорания с воздухом за срезом сопел двигателей самолета
- Ковалёв И. Авиационная наука: взгляд в будущее //Наука и жизнь. 2008. № 11. URL: http://www.nkj.ru/archive/articles/14887/(дата обращения: 06.01.2015).
- Uliasz M., Stocker R. A., Pielke R. A. Regional modeling of air pollution transport in the southwestern United States. Environmental Modeling III/ed. P. Zannetti. Computational Mechanics Publications, 1996. Рp. 145-182.
- Emissions and Dispersion Modeling System User’s Manual. Prepared for Federal Aviation Administration Office of Environment and Energy Washington. DC Prepared by CSSI, Inc. Washington, 2013.
- Barrett M. Aircraft, and the global environment//World Aerosp. Technol’92: Int. Rev. Aerosp. Des. And Dev. London, 1992. Рp. 32-37.
- Международные стандарты и рекомендуемая практика. Приложение 16 ИКАО. Т. 2. Эмиссия авиационных двигателей. 2008. 118 с.
- Голубева А. О., Коротаева Т. А., Ларичкин В. В. Численный расчёт рассеивания загрязняющих веществ от эксплуатации самолётов на прилегающих к аэропортам и аэродромам территориях//Доклады Академии наук высшей школы Российской Федерации. 2014. № 1(22). С. 52-61.
- Руководство по летной эксплуатации. Самолет Ан-12. М.: АСЦ ГосНИИ ГА, 2007. 506 с.
- Авиационный турбовинтовой двигатель АИ-20. Инструкция по эксплуатации и техническому обслуживанию. Ростов н/Д.: Технолог, 2004. 414 с.
- ТС-1 -Топливо самолетное . URL: http://www.topreg.ru/slovar/ts-1-toplivo-samoletnoe (дата обращения: 26.12.2014).
- Аксенов А. Ф. Авиационные топлива, смазочные материалы и специальные жидкости. М.: Транспорт, 1970. 256 с.
- ГОСТ 10227-86. Топливо для реактивных двигателей. М.: Изд-во стандартов, 2013. 10 с.
- Мищенко К. П., Равдель А. А. Краткий справочник физико-химических величин. Химия, 1974. 200 с.
- Термодинамические и теплофизические свойства продуктов сгорания. Топлива на основе кислорода/В. Е. Алемасов //М., 1972. Т. 2. 256 с.
- ANSYS FLUENT 14.0 Tutorial Guide. Изд-во ANSYS, Inc. Southpointe, 2011. 1146 с.
- Волков К. Н. Разностные схемы расчета потоков повышенной разрешающей способности и их применение для решения задач газовой динамики//Вычислительные методы и программирование. 2005. Т. 6. С. 159. References
- Kovalev I. . Nauka i zhizn'. 2008, No. 11 (In Russ.). Available at: http://www.nkj.ru/archive/articles/14887/(accessed 06.01.2015).
- Uliasz M., Stocker R. A., Pielke R. A. Regional modeling of air pollution transport in the southwestern United States. Environmental Modeling III, ed. P. Zannetti, Computational Mechanics Publications. 1996, P. 145-182.
- Emissions and Dispersion Modeling System User’s Manual. Prepared for Federal Aviation Administration Office of Environment and Energy Washington, DC Prepared by CSSI, Inc., Washington, DC, June 2013.
- Barrett M. Aircraft, and the global environment. “World Aerosp. Technol’92:Int.Rev.Aerosp. Des. And Dev.” London, 1992, P. 32-37.
- Prilozhenie 16 IKAO, t. 2 “Emissiya aviatsionnykh dvigateley” . 2008, 118 p.
- Golubeva A. O., Korotaeva T. A., Larichkin V. V. . Doklady Akademii nauk vysshey shkoly Rossiyskoy Federatsii. 2014, No. 1(22), p. 52-61 (In Russ.).
- Rukovodstvo po letnoy ekspluatatsii. Samolet An-12 . Moscow, ASC State scientifically research institute of Civil aviation, 2007, 506 p.
- Aviatsionny turbovintovoy dvigatel' AI-20. Instruktsiya po ekspluatatsii i tekhnicheskomu obsluzhivaniyu . Rostov on Don, Tekhnolog Publ., 2004, 414 p.
- TS-1 -Toplivo samoletnoe (In Russ.) Available at: http://www.topreg.ru/slovar/ts-1-toplivo-samoletnoe (accessed 26.12.2014).
- Aksenov A. F. Aviatsionnye topliva, smazochnye materialy i spetsial'nye zhidkosti . Moscow, Transport Publ., 1970, 256 p.
- GOST 10227-86. Toplivo dlya reaktivnykh dvigateley . Moscow, Standartinform Publ., 2013, 10 p.
- Mishchenko K. P., Ravdel' A. A. Kratkiy spravochnik fiziko-khimicheskikh velichin . Chemistry, 1974. 200 p.
- Alemasov V. E., Dregalin A. F., Tishin A. P. Termodinamicheskie i teplofizicheskie svoystva produktov sgoraniya. Topliva na osnove kisloroda . Moscow. 1972, Vol. 2, 256 p.
- ANSYS FLUENT 14.0 Tutorial Guide. Pupl. ANSYS, Inc. Southpointe. 2011, 1146 p.
- Volkov K. N. . Vychislitel'nye metody i programmirovanie. 2005, Vol. 6, P. 159 (In Russ.).
