Применение методов трехмерного моделирования при конструировании пневматических форсунок

Авторы

  • Алексей Матвеевич Сипатов ОАО «Авиадвигатель»
  • Сергей Александрович Карабасов Queen Mary, University of London
  • Леонид Юльевич Гомзиков ОАО «Авиадвигатель»
  • Тарас Викторович Абрамчук ОАО «Авиадвигатель»
  • Глеб Николаевич Семаков ОАО «Авиадвигатель»

DOI:

https://doi.org/10.7242/1999-6691/2013.6.3.39

Ключевые слова:

пневматические форсунки, распад жидкой пленки, VOF модель, неравномерность распыливания, характеристики аэрозоля

Аннотация

Представлен опыт модификации конструкции низкоперепадного распыливающего устройства авиационного двигателя с двумя зонами подачи воздуха. Приведено описание методики численного анализа качества распыливания с использованием VOF (Volume of Fluid), численного подхода к расчету двухфазных течений. Сравнение базовой конструкции и конструкции, полученной на основе результатов численного анализа, проведено с использованием натурного эксперимента. Экспериментальные данные для поля скоростей частиц аэрозоля за распыливающим устройством и значения диаметров частиц были определены в ИМСС УрО РАН (г. Пермь). Показано, что применение VOF подхода позволяет выявить причины таких эффектов распыливания, как «струйность» — существенная неравномерность расхода частиц в окружном направлении. Устранение или уменьшение действия причин, вызывающих струйность потока, позволяет значительно улучшить качество распыливания без внесения существенных изменений в конструкцию.

Скачивания

Данные по скачиваниям пока не доступны.

Библиографические ссылки

Авиационные правила. Часть 33. Нормы летной годности двигателей воздушных судов. – М.: ОАО «Авиаиздат», 2004. – 43 с. (URL: http://aviadocs.net/docs/2003_AP_ch33.pdf).
2. Авиационные правила. Часть 34. Охрана окружающей среды. Эмиссия загрязняющих веществ авиационными двигателями. Нормы и испытания. – М.: ОАО «Авиаиздат», 2003. – 84 с. (URL: http://www.aviadocs.net/docs/2003_AP_ch34.pdf).
3. Охрана окружающей среды. Приложение 16 к Конвенции о международной гражданской авиации: Том II. Эмиссия авиационных двигателей. – Montréal, Quebec, Canada: Международная организация гражданской авиации, 2008. – 118 c. (URL: http://airspot.ru/book/file/595/an16_v2_cons_ru.pdf).
4. Lefebvre A.H., Ballal D.R. Gas turbine combustion: Alternative fuels and emission. – Taylor & Francis Group, 2010. – 537 p.
5. Иноземцев А.А., Сандрацкий В.Л. Газотурбинные двигатели. – Пермь: Изд-во ОАО «Авиадвигатель», 2006 г. – 1202 с.
6. Gosman A.D., Ioannides E. Aspects of computer simulation of liquid-fuelled combustors // J. Energy. – 1983. – V. 7, N. 6. – P. 482-490. DOI
7. Chrigui M., Sadiki A., Batarseh F.Z., Roisman I., Tropea C. Numerical and experimental study of spray produced by an airblast atomizer under elevated pressure conditions // ASME TURBO EXPO, Berlin, 2008. – GT2008-51305.
8. Apte S.V., Gorokhovski M., Moin P. LES of atomizing spray with stochastic modeling of secondary breakup // Int. J. Multiphas. Flow. – 2003. – V. 29, N. 9. – P. 1503-1522. DOI
9. Ménard T., Tanguy S., Berlemont A. Coupling level set/VOF/ghost fluid methods: Validation and application to 3D simulation of the primary break-up of a liquid jet // Int. J. Multiphas. Flow. – 2007. – V. 33, N. 5. – P. 510-524. DOI
10. Movassat M., Maftoon N., Dolatabadi A. A three-dimensional numerical study of the breakup length of liquid sheets // ILASS Americas, 21th Annual Conference on Liquid Atomization and Spray Systems, Orlando, Florida, May 18-21, 2008. – 8 p. (URL: http://www.ilass.org/recent/conferencepapers/Paper%20T2-A-2.pdf).
11. Баталов В.Г., Колесниченко И.В., Степанов Р.А., Сухановский А.Н. Применение полевых методов измерений для исследования двухфазных потоков // Вестник пермского университета. Серия: Математика. Механика. Информатика. – 2011. – № 5 (9). – С. 21-25.
12. Баталов В.Г., Колесниченко И.В., Сухановский А.Н. Измерение размеров частиц в факеле форсунки методом IPI // Материалы Всероссийской конференции молодых ученых (с международным участием) «Неравновесные процессы в сплошных средах», Пермь, 26-27 ноября 2010 года. – С. 27-30.
13. Баталов В.Г., Сухановский А.Н. Измерение характеристик двухфазного потока в факеле форсунки методами PIV и IPI // ХI Межд. научн.-техн. конференция «Оптические методы исследования потоков». – М.: МЭИ (ТУ), 2011. – 1 CD-ROM. – Доклад № 61. – 6 с.
14. Menter F.R. Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications // AIAA J. – 1994. – V. 32, N. 8. – P. 1598-1605. DOI
15. Wilcox D.C. A two-equation turbulence model for wall-bounded and free-shear flows // AIAA Paper. – 1993. – AIAA-93-2905.
16. Launder B.E., Spalding D.B. The numerical computation of turbulent flows // Comput. Method. Appl. M. – 1974. – V. 4, N. 2. – P. 269-289. DOI
17. ANSYS CFX Theory Guide. ANSYS CFX release 13.0. 2010.
18. Menter F.R. Zonal two-equation k-w turbulence model for aerodynamic flows // AIAA Paper. – 1993. - AIAA-93-2306.
19. Hirt C.W., Nichols B.D. Volume of fluid (VOF) method for the dynamics of free boundaries // J. Comput. Phys. – 1981. – V. 39, N. 1. – P. 201-225. DOI
20. Nisisako T., Torri T., Higuchi T. Droplet formation in a microchannel network // Lab Chip. – 2002. – V. 2, N. 1. – P. 24-26. DOI
21. Sloan S.W. A fast algorithm for generating constrained delaunay triangulations // Comput. Struct. – 1993. – V. 47, N. 3. – P. 441-450. DOI

Загрузки

Опубликован

2013-10-18

Выпуск

Том 6 № 3 (2013)

Раздел

Статьи

Лицензия

Copyright (c) 2013 Вычислительная механика сплошных сред

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Как цитировать

Сипатов, А. М., Карабасов, С. А., Гомзиков, Л. Ю., Абрамчук, Т. В., & Семаков, Г. Н. (2013). Применение методов трехмерного моделирования при конструировании пневматических форсунок. Вычислительная механика сплошных сред, 6(3), 346-353. https://doi.org/10.7242/1999-6691/2013.6.3.39