Создание и использование компьютерных программ в расчетах камер сгорания

9.1 Описание одномерной программы "КАМЕРА"

Известно то, что в настоящее время для более полного преставления процессов в камерах сгорания широко используются компьютерные программы различного уровня сложности, отличающихся друг от друга доступностью, достоверностью,. временем расчета и др. В настоящее время сделано много попыток создания программ позволяющих в той или иной мере точности провести расчеты камер сгорания. в том числе в Казанском национальном исследовательском техническом университете КНИТУ-КАИ также проводились широкие научно–исследовательские работы в области процессов горения с целью понимания сложных физических процессов в камерах сгорания и создания доступных для практической работы широкого круга пользователей программы расчета камеры сгорания. В итоге была создана программа «Камера»(сертификационный №……….)В работе находились несколько версий данной программы. Первоначальные версии программы носили названия Kamera, Gorenie1D, Gorenie1mer, последняя версия программы носит название KAI_gorenie1.Научной основой указанных программ явились подходы изложенные в книге Мингазова Б.Г.[3] и частично в главе 1 настоящего пособия.

В практике предлагаемого расчета применяется многоуровневый подход и используются 1-мерные. 2-х мерные и 3х мерные модели. В последнее время, в связи с ростом быстродействия компьютеров, стали реальностью 4-х мерные модели горения (с учетом нестационарности процессов). Для наглядности можно сделать такое примерное сравнение скорости расчетов на компьютерах среднего уровня, расчет горения по 1-мерной модели протекает менее 1 секунды, по 2-мерной модели десятки минут, по 3-мерной модели несколько часов или суток, по 4-мерной модели расчет целесообразен только на суперкомпьютерах.

С точки зрения последовательного реализации многоуровнего расчета внутрикамерных процессов, на начальном этапе следует использовать одномерную модель камеры сгорания Это реализовано в предлагаемой программе _gorenie1D. Расчет процессов горения по 1-мерной модели можно проводить достаточно оперативно, что позволит организовать оптимизацию конструкции по различным режимным и конструктивным параметрам на входе. Это является весьма важным преимуществом 1-мерной программы при практических расчетах. КС.

На начальном этапе для лучшего понимания формирования исходных параметров и конструктивных особенностей камер сгорания ГТД, предварительный расчет облика КС (раздел 8 настоящего пособия) проводится без использования компьютерных программ.. Следует ометить, что этот же расчет можно проводить и с помощью программы «Камера»

Результатом предварительного расчета являются основные геометрические параметры и конструктивные особенности, в том числе и размеры и расположение отверстий после этого, с точки зрения понимания основ расчета, целесообразно обращаться к предлагаемой программе для дальнейшего расчета характеристик и оптимизации подвода воздуха в ЖТ.

Программа «Камера» предусматривает также возможность формирования исходных данных геометрии существующих конструкций КС. В этом случае координаты КС и ЖТ берутся из чертежей рассчитываемой КС. и также проводятся расчеты изменения параметров по тракту ЖТ, а также характеристик существующего КС в целом.

9.2Особенности формирования одномерной программы«Камера»:

1.Облик камеры сгорания формируется в виде координат точек контуров наружного и внутреннего кожухов камеры сгорания и жаровой трубы, в предположении их симметрии относительно общей оси основных линий тока (ОЛТ)

2. Диффузор КС формируются также симметричным относительно ОЛТ. и имеет безотрывную и отрывную части, размеры которых находятся из предварительных расчетов и задаются в виде безразмерных коэффициентов.

3.Фронтовое устройство в виде лопаточных завихрителей, размеры которых определяются по расходу воздуха, также задаются симметричными относительно ОЛТ..

4.На начальном этапе размеры отверстий ЖТ и расстояние их расположения от фронта задаются на основе статистических данных, представленных в п.п 8. которые в процессе расчетов уточняются.

4.Кроме того задаются углы конусов на входе и выходе из цилиндрической части ЖТ.

После задания вышеперечисленных параметров, модуль предварительной обработки подготавливает массивы данных, в которых определены следующие значения:

- длина ЖТ;

- количество слоев, на которые разбивается ЖТ (около 500, не более 1000);

- площадь каждого сечения по длине ЖТ;

- высота ЖТ в каждом сечении;

- количество завихрителей;

- суммарная площадь отверстий завихрителей (фронтовое устройство);

- расположение по длине ЖТ поясов подвода воздуха и суммарная площадь отверстий для каждого пояса;

- расположение по длине ЖТ топливных форсунок и их свойства.

Кроме конструкции на процессы горения влияют внешние условия (режимы работы КС):

- температура воздуха за компрессором;

- давление воздуха за компрессором;

- расход воздуха через ЖТ;

- расход топлива или же требуемая температура газов на выходе из камеры сгорания