 |
Ученые Пермского Политеха улучшили модель беспламенного горения в двигателях
Турбулентные завихрения, возникающие внутри авиадвигателя, перемешивают кислород с топливом, что увеличивает скорость реакции горения. Моделирование этих процессов может предсказать поведение материалов и улучшить работу двигателя. Ученые Пермского Политеха выяснили, какой показатель турбулентности корректно использовать для построения модели.
Для многих из нас турбулентность – неприятное явление, которое сопровождается тряской самолета. Она возникает, когда потоки воздуха хаотично завихряются вместо того, чтобы двигаться прямо. Но если заглянуть внутрь авиадвигателя, то окажется, что такой же процесс может быть полезным и даже необходимым для самолета. Турбулентные завихрения, возникающие внутри камеры сгорания, активно перемешивают кислород с топливом, что увеличивает скорость реакции горения и делает полет стабильным и безопасным. Математическое моделирование всех этих процессов позволяет предсказать поведение материалов при высоких температурах и давлениях, а также повысить эффективность использования топлива. Ученые Пермского Политеха выяснили, какой показатель турбулентности нужно использовать для корректного моделирования горения. От точных расчетов зависит качественная оценка работы двигателя и выявление его неисправностей.
Исследование опубликовано в журнале «Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника», №78, 2024.
В системах, от которых требуется высокая мощность – в технологических горелках, топках и газотурбинных двигателях – используется беспламенное горение. Применимо к самолетам, например, оно позволят обеспечить плавный полет без рывков. Это процесс, при котором топливо сжигается, но столп огня не появляется. Благодаря этому реакция сгорания протекает стабильно, в отличие от обычного горения, в котором пламя может обрываться и гаснуть. Такая реакция происходит при высоких температурах около 800 °С. Вдобавок ее ускоряет возникающая турбулентность, которая появляется на некотором расстоянии от входных отверстий двигателя, через которые в камеру сгорания поступает воздух или его смесь с топливом.
Для безопасного использования и контроля беспламенного горения необходимо точно понимать особенности протекания химических реакций. Их можно предсказать с помощью математического моделирования, которое дает возможность оптимизировать процессы сгорания и снизить затраты ресурсов на проведение экспериментов.
На результаты расчетов сильно влияет показатель турбулентности. Она может меняться в зависимости от скорости потока воздуха и удаления от входного отверстия. Поэтому важно понимать точное значение этого параметра, чтобы не допустить ошибок.
Ученые Пермского Политеха выяснили, какие показатели интенсивности турбулентности нужно использовать в расчетах, чтобы получать качественную оценку работы двигателя. Политехники моделировали горение на разном расстоянии для трех отверстий: вход топлива, вход воздуха и вход туннельного воздуха. Затем сравнивали полученные показатели с данными реальных экспериментов.
– Выяснилось, что лучше всего проводить моделирование с применением разных показателей – 5, 10 и 15% интенсивности – для каждого входного потока. Так, значение в 5% подходит только для входа горючего на расстоянии до 20 мм, а в остальных случаях этот же показатель приводит к сильным отклонениям от экспериментальных данных. По мере удаления от входа и уменьшения скорости потока турбулентность увеличивается, – комментирует Роман Бульбович, профессор кафедры «Ракетно-космическая техника и энергетические системы» ПНИПУ, доктор технических наук.
– Кроме того, на корректность расчетов влияет также гидравлический диаметр – этот параметр измеряет, насколько эффективно канал двигателя пропускает топливо. Чем он меньше, тем больше сопротивление потоку, т. е. тем хуже топливо поступает в двигатель, – поясняет Юрий Фролов, аспирант кафедры «Ракетно-космическая техника и энергетические системы» ПНИПУ.
Для получения более точных результатов моделирования ученые Пермского Политеха рекомендуют проводить расчеты гидравлического диаметра и интенсивности турбулентности отдельно для каждого входного потока воздуха и горючего. Это поможет избежать ошибок в расчетах, которые могли бы повлечь за собой неверную оценку работы двигателя и, как следствие, неисправности в его работе.
Контактное лицо: Лидия Попова (написать письмо автору)
Компания: ПНИПУ (все новости этой организации)
Добавлен: 03:43, 18.12.2024
Количество просмотров: 130
Страна: Россия
| Ученый Пермского Политеха рассказал об изменениях в правилах для водителей, ПНИПУ, 21:48, 16.03.2026, Россия |
102 |
| С 1 марта 2026 года в России вступают в силу законодательные изменения, которые коснутся всех автовладельцев. Нововведения затронут цифровизацию электронных паспортов и усиление ответственности за нарушение ПДД. Ученый Пермского Политеха рассказал, какие изменения ждут водителей, как они повлияют на бюджет и авторынок, и что делать, чтобы избежать лишних расходов. |
|
| Ученые Пермского Политеха рассказали 10 неочевидных фактов про сон, ПНИПУ, 21:18, 16.03.2026, Россия |
26 |
| 13 марта отмечается Всемирный день сна. Ученые ПНИПУ рассказали, сколько плод спит в беременность, почему дети не видят себя во сне, как головной мозг избавляется от токсичных белков, зачем нам негативные сновидения, как нехватка сна приводит к диабету и какие психологические установки порождают бессонницу. |
|
| Ученая Пермского Политеха развеяла миф о вреде зимне-весенних овощей, ПНИПУ, 21:15, 16.03.2026, Россия |
20 |
| Существует миф, что зимне-весенние овощи содержат большое количество пестицидов и нитратов. Ученая Пермского Политеха разбирает популярный миф о зимне-весенних овощах, в чем их отличие от сезонных, как меняется количество витаминов в плодах и какие лучше всего употреблять для поддержания иммунитета. |
|
| Ученая Пермского Политеха поделилась 10 полезными фактами про почки, ПНИПУ, 21:55, 12.03.2026, Россия |
383 |
| 12 марта отмечается Всемирный день почки. Ученая ПНИПУ рассказала, когда формируются почки у ребенка, как работают, почему влияют на давление, мозг и витамин D, как часто их пересаживают, у кого выше риск образования камней, полезно ли есть арбуз и где разрабатывают искусственную почку. |
|
| Пермские ученые объяснили, почему на спутнике Сатурна бьют гейзеры, а на других — нет, ПНИПУ, 21:54, 12.03.2026, Россия |
383 |
| Европа, Энцелад и Титан — ледяные спутники Юпитера и Сатурна с подледными океанами. Только Энцелад выбрасывает воду в космос через гейзеры. Почему при сходном строении остальные спутники скрыты подо льдом, выяснили ученые Пермского Политеха и УрО РАН, создав математическую модель, которая объяснила этот феномен. |
|
|
|
