Введение. Камера сгорания газотурбинного двигателя является одним из основных его элементов, и в большой степени определяет в целом экологические характеристики и

Камера сгорания газотурбинного двигателя является одним из основных его элементов, и в большой степени определяет в целом экологические характеристики и эффективность работы двигателя. Горение в камере газотурбинного двигателя обычно происходит в условиях трехмерного турбулентного неоднородного течения. Сложность и недостаточная изученность процессов в таких течениях не позволяют рассчитывать характеристики процесса горения и определять оптимальную конструкцию камеры сгорания на стадии ее проектирования. По данным многих исследователей, в сложных изделиях, таких, как газотурбинные двигатели (ГТД), основной объем времени в общем процессе его создания приходится на доводку. Широкое распространение получила практика предварительной доводки отдельных узлов и элементов двигателя, таких, как компрессор, турбина, камера сгорания (КС) и т.д.

При проектировании и доводке камер, а также при анализе результатов испытаний часто приходится использовать эмпирические данные, полученные в процессе разработки предыдущих образцов камер сгорания и в экспериментах на моделях камер сгорания и их элементах. В настоящее время, в связи с ужесточением требований, как по объему работ, так и по времени их выполнения традиционные методы проектирования уже становятся недостаточными, поэтому в последние годы стали широко применяться различные методы автоматизированного проектирования и доводки двигателей и их узлов.

Автоматизация проектирования и доводки двигателя невозможна без формализованного описания, т.е. моделирования различных процессов, протекающих в отдельных его узлах, что, в свою очередь, требует пристального изучения всех явлений, обусловливающих эти процессы.

Все предыдущие годы развития ГТД, в том числе и камер сгорания большое внимание уделялось экспериментальному изучению физических процессов в них, обобщению результатов и созданию полуэмпирических методов расчета, что способствовало пониманию внутрикамерных процессов и более целенаправленным действиям при проектировании. Одновременно развивались и теоретические основы процессов горения, такие как теоретические основы нормального горения, теория цепного теплового самовоспламенения, развитая в трудах Михельсона, академиков Семенова Н.Н, Зельдовича Я. Б. [ ].

Техническая революция в авиации, в результате которой на смену поршневому двигателю пришел реактивный, потребовала развития соответствующего раздела теории горения. Интенсификация процесса, горение в высотных условиях, пределы стабилизации - все эти и некоторые другие вопросы составили новое направление – исследование процессов горения в турбулентном потоке, основоположником которой явились.К.И.Щелкин, А,В.Талантов[ ], развитая во многих работах ученых КАИ [ ] Заслуживают упоминания зарубежные ученые, внесшие существенный вклад в теорию горения: Льюис, Эльбе, Дамкёллер, Сполдинг, Вильяме, Тзян, Крокко, Карман и др.

Мощная теоретическая база, созданная учеными в середине прошлого века позволила создать новое направление в области исследований процессов горения и практических расчетов камер сгорания- вычислительную газодинамику расчета трехмерных течений с процессами химического реагирования,. тепло-массобмена и распространения пламени. Это стало возможным с появлением мощных компьютеров и методов программирования.

В настоящем пособии сделана попытка систематизировать основные теоретические подходы, методы моделирования и практические основы автоматизированного проектирования камер сгорания ГТД, с целью их применения в учебном процессе при обучении студентов моторостроительных и энергетических специальностей в высших учебных заведениях. Данное пособие может быть полезным также и для инженеров и специалистов, работающих в области проектирования ГТД.