Исследование эффективности охлаждения резонатора газодинамической системы воспламенения на двухфазной топливной композиции

Инженерный журнал: наука и инновации

# 12·2016 1

УДК 641.454 DOI 10.18698/2308-6033-2016-12-1567

Исследование эффективности охлаждения резонатора

газодинамической системы воспламенения

на двухфазной топливной композиции



О.А. Ворожеева, К.Ю. Арефьев

МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 105005, Россия

В настоящее время актуальным является увеличение ресурса работы газодинами-

ческих систем воспламенения, применяемых в современных энергетических, двига-

тельных и технологических установках различного назначения. Добиться этого

можно путем снижения тепловой нагрузки на основной элемент газодинамичес-

кой системы воспламенения — резонатор. Для решения поставленной задачи воз-

можно применение конструкций с вынесенным резонатором или с проточным

охлаждением жидкостью его наружной поверхности. Исследовано тепловое сос-

тояние вынесенного резонатора и резонатора с проточным охлаждением. Опре-

делено время работы газодинамической системы воспламенения до начала разру-

шения вынесенного резонатора на непрерывном и импульсном режимах. Рассмотре-

на эффективность проточного охлаждения резонатора. Приведены рекомендации,

касающиеся выбора конструктивной схемы и материала резонатора.

Ключевые слова:

тепловое состояние, газодинамическая система воспламенения,

двухфазная топливная композиция, математическое моделирование, этанол, резо-

натор, охлаждение

Введение.

Для инициирования рабочего процесса в перспектив-

ных генераторах высокоэнтальпийных потоков (ГВП), применяемых

в энергетических, двигательных и технологических установках, мо-

гут использоваться газодинамические системы воспламенения (ГСВ)

[1, 2]. При этом наиболее востребованы ГСВ на двухфазной топлив-

ной композиции, например воздух + этанол [3–5].

Одним из наиболее важных элементов ГСВ является резонатор,

который обеспечивает надежное воспламенение топливной смеси.

Однако контакт резонатора с высокотемпературными газами (про-

дуктами сгорания двухфазной топливной композиции) и интенсив-

ный теплообмен в проточном тракте ГСВ приводят к значительному

прогреву стенки резонатора и повышают вероятность ее термохими-

ческой эрозии и прогара [6, 7]. Известно, что прогар стенки резона-

тора может привести к потере работоспособности ГСВ в целом. Ана-

лиз полученных в работе [8] результатов численного исследования

теплового состояния стенок резонатора в случае, когда с горячим га-

зом контактируют все поверхности резонатора, показал, что прогар

конструкции может произойти через 2,7…5,4 с непрерывной работы

ГСВ или через 5,4…12,5 с импульсной работы. Для перспективных

ГВП такого времени работы недостаточно, поэтому актуальным ста-