Оптимізація екологічних параметрів камери згоряння контактного газотурбінного двигуна, що працює на водні, з використанням реакторної моделі

Abstract

Застосування водневого палива в поєднанні з методами ускладнення робочого процесу в камері згоряння газотурбінного двигуна (ГТД) завдяки широкому спектру можливих конфігурацій є перспективним напрямом досліджень. Цей напрям узгоджується з актуальними тенденціями розвитку енергетичного сектору та відповідає затвердженим нормативним планам Європи щодо досягнення екологічної нейтральності, а також загальним трендам на зниження рівня шкідливих викидів у промисловості й транспорті. Паралельно з пошуком оптимального режиму роботи камери згоряння, за яким забезпечується мінімальний рівень викидів при збереженні заданих енергетичних характеристик, все ширше застосовуються альтернативні види палива з покращеними екологічними властивостями. Зокрема, використання водневого палива в ГТД демонструє низку переваг у порівнянні з традиційними вуглеводневими паливами. Водночас такий підхід потребує точного налаштування паливоспалюючого пристрою з метою повного розкриття енергетичного потенціалу водню за умов допустимих рівнів викидів токсичних компонентів, передусім оксидів азоту. Одним із можливих підходів до моделювання процесів у камері згоряння ГТД є використання моделей хімічних реакторів. У даній роботі розроблено реакторну модель камери згоряння з впорскуванням водяної пари, яка працює на водні, та містить три реактори ідеального змішування, два проточних реактори та три адіабатних змішувача, що дозволяє відтворити основні зони паливоспалюючого пристрою. На основі цієї моделі та відповідного математичного апарату проаналізовано вплив наступних параметрів на екологічні характеристики камери згоряння: кількості повітря, яке проходить через лопатковий завихрював, перерозподілу первинного та вторинного повітря за сталої їх сумарної витрати, а також перерозподілу водяної пари між енергетичним та екологічним каналами пальника при фіксованій її загальній витраті. У результаті розрахунків отримано дані, які свідчать про значне покращення екологічних показників камери за рахунок оптимізації її геометричних і режимних параметрів.