Коротаева Т.А.   Турчинович А.О.  

Численное моделирование взаимодействия выхлопных струй авиадвигателей с газоотбойником с учетом физико-химических процессов

Докладчик: Турчинович А.О.

С каждым годом количество пассажирских и грузовых перевозок авиатранспортом неуклонно растет. По данным Росавиации количество пассажиров, обслуживаемых российскими аэропортами, увеличилось на 20,4% с 2012 года по 2015 год. Результатом такого интенсивного использования авиатранспорта является загрязнение окружающей среды. Оценка уровня загрязнения территорий аэропортов и аэродромов продуктами сгорания авиатоплива является важной и актуальной задачей, от которой зависит здоровье людей и состояние атмосферы. В подавляющем большинстве случаев эта оценка проводится по упрощенным инженерным методикам, которые не могут правильно оценить всю сложную картину химического и динамического взаимодействия выхлопных струй с воздухом. Это в полной мере относится к этапу «гонка двигателей», когда необходимо рассматривать еще и взаимодействие высокоскоростных и высокотемпературных струй со струеотклоняющими щитами – газоотбойниками.
В настоящей работе моделирование процесса распространения примесей, истекающих с выхлопными газами из сопел двигателей, осуществляется в рамках осредненных по Рейнольдсу нестационарных уравнений Навье-Стокса с учетом кинетических уравнений взаимодействия основных продуктов сгорания авиатоплива с кислородом воздуха. Используется модель турбулентности k-ω SST.
Рассматривается режим максимальной тяги двигателя, приводящему к полному сгоранию топлива, и способствующему наибольшему образованию ядовитых оксидов азота.
При этом режиме концентрации недогоревших углеводородов можно считать пренебрежимо малыми и ограничиться при выборе кинетической модели реакциями окисления с образованием диоксидов азота и углерода.
Параметры потока в расчетах соответствую стандартным условиям в приземном слое атмосферы без учета термической стратификации. Таким образом, в подходе учитывается не только распространение и взаимодействие с газоотбойником загрязняющих веществ, полученных при полном сгорании топлива, но и продукты их окисления кислородом воздуха. Решение данной задачи осуществляется с помощью программного продукта Ansys Fluent (academic version).
Моделирование расположения самолета на площадке для «гонки двигателей» осуществляется для трехмерной расчетной области, включающей поверхности газоотбойного щита и сопел. Конфигурация газоотбойников может быть различной. В работе [1] представлены результаты исследования влияния на рассеивание продуктов сгорания авиатоплива, полученных при полном сгорании, сплошного и ячеистого струетклоняющего щита, а также исследовано влияние дальности расположения сплошного газоотбойника на процесс рассеивания.
Настоящая работа посвящена продолжению исследований в данной области. Приведены результаты сравнительного анализа концентраций загрязняющих веществ при взаимодействии струй выхлопных газов с газоотбойниками различной геометрической конфигурации. Приведены динамические картины течения, сделаны выводы об эффективности каждого газоотбойника.

Литература
1. Korotaeva T. A. Numerical simulation of the pollution formed by exhaust jets at the ground running procedure / T. A. Korotaeva, A. O. Turchinovich // AIP Conference Proceedings. - 2016. - Vol. 1770 : 18 International conference on the methods of aerophysical research (ICMAR2016). - Art. 030070 (7 p.). - DOI: 10.1063/1.4964012.


К списку докладов