Старов А.В.   Гольдфельд М.А.  

Влияние схемы инжекции водорода на структуру течения в сверхзвуковой камере сгорания постоянной площади

Докладчик: Старов А.В.

При сверхзвуковых скоростях потока в канале камеры сгорания (КС) необходимо прилагать особые усилия для обеспечения самовоспламенения и стабилизации горения. В этих условиях требуется обеспечить наличие газодинамических источников самовоспламенения. В качестве такого источника были предложены щелевые каналы, расположенные на верхней и нижней стенках основного канала КС. Высокие статические параметры потока в этих каналах обеспечивали самовоспламенение водорода. Выхлопная струя из сопла щелевых каналов в основной канал способствовала воспламенению и горению топлива в основном канале. Вместе с этим, такая схема стабилизации оказалась чувствительной к эффективности смешения водорода, поскольку подача топлива в щелевых каналах отсутствовала и локальный избыток водорода в них (влияющий на воспламенение и горение) определялся структурой течения на участке от подачи водорода в КС до входа в щелевые каналы.
Сменный блок плоских профилированных сопел с площадью выхода 50ммx100мм обеспечивал дискpетное изменение числа Маха. Модельная КС состояла из инжекторной вставки, участка с постоянным сечением 100ммx100мм2 длиной 365мм, и расширяющегося участка длиной 390мм, так что на выходе площадь поперечного сечения КС возрастает в 3.6 раза относительно выхода сопла. На расстоянии 65мм от обратной ступеньки на входе КС были установлены щелевые каналы длиной 145мм. Спутный вдув топлива осуществлялся с вертикальных пилонов на входе КС и имел возможность изменения распределения водорода по высоте пилонов. Каждый пилон имел четыре сменные форсунки. В опытах были использованы два варианта инжекции водорода: одна форсунка диаметром 2.5мм на каждом пилоне в ядре потока (нераспределенный вдув) и четыре форсунки диаметром 1.3мм на каждом пилоне (распределенный вдув). Испытания были проведены в импульсной трубе ИТ-302М ИТПМ СО РАН в режиме присоединенного воздухопровода при следующих параметрах на входе в основной канал КС: М=2 – 6, P0=27 – 270бар и T0=1900 – 2900К и избытках водорода от 0.6 до 1.1.
В результате было установлено, что при числах Маха 2-3 интенсивность горения при распределенном вдуве выше, чем при применении нераспределенного. Это объясняется тем, что в этом диапазоне чисел Маха при нераспределенном вдуве концентрация водорода в щелевых каналах оказывается существенно ниже стехиометрического значения вплоть до его полного отсутствия. С ростом числа Маха влияние на эффективность горения распределенного варианта вдува снижается. При числах Маха 4-6 концентрация водорода в щелевых каналах близка к стехиометрическому соотношению при использовании нераспределенного вдува.


К списку докладов