CC BY
7
УДК 533.6.011
Емельянов Д.А.
канд. техн. наук, старший преподаватель ВУНЦ ВВС ВВА
г. Воронеж, РФ Елисеев С.Я.
канд. хим. наук, старший преподаватель ВУНЦ ВВС ВВА
г. Воронеж, РФ Сазонов Д.Е. курсант 3 курса ВУНЦ ВВС ВВА г. Воронеж, РФ Морозов Д.А. курсант 3 курса ВУНЦ ВВС ВВА г. Воронеж, РФ
МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ К РАСЧЕТУ ПЫЛЕЗАЩИТНЫХ УСТРОЙСТВ
ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Аннотация
Эффективность работы пылезащитных устройств зависит от аэродинамических потерь давления в установках. Определение потерь давления двухфазного потока учитывается в целом без рассмотрения механизма движения отдельных частиц. Предложен дискретный метод (метод траекторий) для расчета потерь давления в пылезащитных устройствах, в котором производится расчет потерь каждой фракции, а затем суммирование по всем фракциям.
Ключевые слова
Двухфазные потоки, пылевые частицы, аэродинамика, пылезащитные устройства,
потери давления.
В нашей стране огромное внимание уделяется развитию авиационной техники. Создание современных и надежных летательных аппаратов невозможно без бесперебойной и надежной работы всех его составных узлов, поэтому огромное значение уделяется созданию экспериментальной и испытательной базе для проведения исследования всех составляющих узлов летательного аппарата.
Запас устойчивости, КПД и степень улавливания посторонних частиц в пылезащитных устройствах (ПЗУ) в значительной мере зависят от аэродинамических потерь как на расчётных, так и на переходных режимах работы газотурбинного двигателя. Разработчиками авиационных двигателей, как у нас в стране, так и за рубежом, в последнее время особое внимание уделяется тщательному изучению течения двухфазных потоков с пылевыми частицами. Это обусловлено возникновением наибольших аэродинамических потерь, связанных с большим количеством различного рода факторов, воздействующих на течение. Всё это направленно на разработку методик расчета двухфазных течений в пылезащитных устройствах. Это направление является перспективным.
Основными энергетическими показателями, определяющими в значительной степени эффективность пылезащитной установки и системы в целом, являются потери давления в устройстве.
Именно учет двухфазных потоков малой концентрации при переносе пыли позволяет адекватно описать процесс и на основе аналитических и экспериментальных исследований разработать инженерную методику расчета объемов поступающего воздуха совместно с движением пылевых частиц.
Методы решения задачи в чаще всего основываются на расчетных уравнениях, включающих опытные коэффициенты, функции которых не определены, а числовые значения их у разных авторов различны, что может быть объяснено сложностью физических явлений, протекающих при переносе пылевых частиц, трудностью аналитического расчета, различием в методике проведения опытов, различными физическими
свойствами частиц и другими причинами [1].
Исходя из вышесказанного, расчетам по определению потерь давления в ПЗУ должны предшествовать экспериментальные измерения на специально созданных установках или на аналогичных действующих системах. Естественно, что в современных условиях такой подход неприемлем.
Все работы, посвященные аэродинамике двухфазного потока можно разделить на две группы.
К первой группе относятся работы, в которых двухфазный поток рассматривается как сплошная среда. В этих работах определяются потери давления в целом без рассмотрения механизма движения частиц и факторов, оказывающих влияние на величину потери давления потоком. Особо следует отметить работы И. Гастерштадта. Согласно предложению автора, потери давления в двухфазной системе определяются на основе экспериментального коэффициента (впоследствии названного коэффициентом Гастерштадта) К [2]:
аи2 ф = АЯ0(1+ад, (1)
где АИо - потери давления для чистого воздуха;
ЛИ2ф - потери давления в двухфазной системе;
К - экспериментальный коэффициент;
/ - весовая концентрация частиц, кг/кг.
Автором было выполнено 38 опытов с частицами в горизонтальных трубах диаметром 89 и 95мм. Ограниченные условия экспериментов Гастерштадта и небольшое их количество не позволило обобщить значения коэффициента К расчетной формулой, однако этот метод стал широко применять для расчетов потерь давления. Многие исследователи, использующие уравнение, направили свои усилия на отыскание величины К для различных частиц и условий переноса пыли. При этом величина К зависит от многих факторов и меняется в широких пределах (от 0,02 до 2,5). Рекомендуемые разными авторами значения К для одних частиц могут существенно отличаться друг от друга.
В последние годы успешно ведутся работы по аналитическому определению потерь давления. Полученные результаты основывались на работах Сакса С. Е., Шваба В. А., Медникова Е. П. [3]. При этом твердое тело может само состоять из нескольких компонентов с различными физическими параметрами, которые позволяют с достаточной степенью инженерной точности рассчитать потери давления (а значит и энергетические потери в системах) без предварительного строительства экспериментальной установки. При этом расхождения фактических и аналитических потерь давления не превышают 5-10 %.
При разработке методов расчета потерь давления в ПЗУ был положен дискретный метод или метод траекторий [4]. Расчет потерь давления осуществляется дискретно для каждой фракции, а за тем выполняется суммирование по всем фракциям (метод суперпозиций). Здесь следует отметить, что методы расчета, основанные на аналитических решениях траекторий движения частиц, имеют ряд преимуществ перед эмпирическими методами, так как использование эмпирических методов в условиях, отличных от условий их получения, требует соответствующего обоснования их адекватности.
Заключение. Анализ работ по изучению процессов переноса пылевых частиц показал, что существующие методы расчета потерь давления при переносе двухфазных потоков базируются, в основном, на обобщении экспериментальных данных и получении эмпирических зависимостей, которые могут быть использованы в тех случаях, когда исходные параметры систем соответствуют данным эксперимента.
Список использованной литературы:
1. Логачев И.Н. Логачев К.И. Аэродинамические основы аспирации. С.-Петербург: Химиздат., 2005. 658 с.
2. Гастерштадт И. Пневматический транспорт. Л.: Северо-Западное промбюро, 1927. 119 с.
3. Медников Е.П. Турбулентный перенос и осажденое аэрозолей. М., Наука, 1981. 174 с.
4. Бусройд Р. Течение газа со взвешенными частицами. М.: Мир, 1975. - 384 с.
© Емельянов Д.А., Елисеев С.Я., Сазонов Д.Е., Морозов Д.А., 2021
