Тривимірний аналіз робочого процесу камери згоряння ГТД, що працює на газоподібному аміаку

Abstract

Мета. Тривимірне числове прогнозування енергетичних та екологічних показників камери згоряння газотурбінного двигуна (ГТД), що працює на газоподібному аміаку як безвуглецевому паливі, із застосуванням детального хімічного механізму його окиснення. Методика. Моделювання робочого процесу виконано на основі континуальної математичної моделі, що базується на розв’язанні системи диференціальних рівнянь збереження маси, імпульсу та енергії для турбулентного хімічно реагуючого потоку. Кінетичний опис горіння аміаку реалізовано з використанням детального механізму, що включає 203 елементарні реакції за участю 31 хімічного компонента. Числові дослідження проведено для тиску в камері згоряння 2,0 МПа. Результати. Отримано нові відомості щодо особливостей поширення полум’я аміаку у високофорсованій камері згоряння ГТД, а також просторові розподіли температури й концентрацій стабільних та проміжних продуктів реакцій у характерних перерізах камери. Встановлено залежності ключових параметрів робочого процесу від витрати аміаку, що подається в камеру згоряння. Наукова новизна. Уперше для вітчизняних газотурбінних установок виконано комплексний тривимірний аналіз робочого процесу камери згоряння на чистому аміаку з урахуванням детальної хімічної кінетики, що дало змогу виявити механізми утворення оксидів азоту (NO, N2O, NO2) в умовах високого тиску, характерного для реальних ГТД. Практична значимість. Отримані резуль тати можуть бути використані при проєктуванні та оптимізації камер згоряння газотурбінних двигунів, призначених для роботи в складі перспективних декарбонізованих гібридних енергетичних систем. Встановлені закономірності вказують на доцільність подальших досліджень щодо зменшення викидів нітрогеновмісних сполук шляхом удосконалення аеродинаміки, спільного спалювання з воднем, впорскування водяної пари або застосування систем селективного каталітичного очищення.