Предложены усовершенствования модели обледенения, позволяющие повысить точность расчета форм и размеров ледяных наростов, формирующихся на элементах проточного тракта компрессора авиационного двигателя при полетах в атмосфере облаков, состоящих из ледяных кристаллов и смеси фаз. Выполнено сравнение результатов расчета по усовершенствованной модели с результатами расчетов по программе IGLOO2D и с экспериментальными данными. Продемонстрирована определяющая роль эффекта эрозии при описании тепломассообменных процессов, протекающих при формировании ледяных наростов в атмосфере облаков, состоящих из ледяных кристаллов и смеси фаз. Предложен метод сокращения продолжительности вычислений путем использования время подобных расчетных шагов в промежутках между основными последовательными временными шагами. Метод позволяет скорректировать эффективность улавливания капель и кристаллов, эффективность прилипания кристаллов, а также коэффициент эрозии льда. На примере расчета формы льда на модельном цилиндре и крыльевом профиле показаны преимущества усовершенствованной модели для вычисления форм конусообразных ледяных наростов, возникающих в реальных условиях при наличии ледяных кристаллов и смеси фаз.
Идентификаторы и классификаторы
- SCI
- Физика
На основании обобщения экспериментальных данных в работе [19] была предложена корреляционная модель для расчета процесса эрозии, учитывающая влияние размера, скорости, концентрации и степени подплавления частиц, а также локальной кривизны поверхности льда. Корреляция построена на основании обработки небольшого количества экспериментальных данных и, несмотря на хорошее согласие с использованными калибровочными данными, сложно предположить хорошее предсказание размеров и форм наростов для всего нормативного диапазона условий обледенения, встречающихся на практике.
Если у вас возникли вопросы или появились предложения по содержанию статьи, пожалуйста, направляйте их в рамках данной темы.
Список литературы
1. Lawson R.P., Angus L.J., Heymsfield A. J. Cloud Particle Measurements in Thunderstorm Anvils and Possible Weather Threat to Aviation. J. of Aircraft., 1998, vol. 35, no. 1, pp. 113-121.
2. Priority In-service Engine Icing Considerations. Rolls-Royce plc. SNECMA. EASA Annual Safety Conference. European Aviation Safety Agency, 2013.
3. Bravin M., Strapp M., Mason J.W. An Investigation into Location and Convective Lifecycle Trends in an Ice Crystal Icing Engine Event Database. SAE International Conference on Icing of Aircraft, Engines, and Structures. 2015. DOI: 10.4271/2015-01-2130
4. Mason J.G., Strapp J.W., Chow P. The Ice Particle Threat to Engines in Flight. 44th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit. Reno, Nevada, 2006, 2006-206.
5. Tetteh E., Loth E., Neuteboom M.O., Fisher J. In-Flight Gas Turbine Engine Icing: Review. AIAA Journal, 2022, vol. 60, no. 10. DOI: 10.2514/1.J061523 EDN: WHXBKA
6. Goriachev A., Zhulin V., Goriachev P., Grebenkov S., Savenkov V. Experimental Processing of Methodical Questions of Modeling the Atmospheric Cloud Containing Ice Crystals and Mixed Phase. SAE Technical Papers, 2019-June, no. 2019-01-1922. DOI: 10.4271/2019-01-1922 EDN: IGPEAR
7. Еникеев Р.Д., Черноусов А.А. Пакет прикладных программ ALLBEA для моделирования и оптимизации процессов энергетических установок. Двигателестроение, 2023, № 4 (294), с. 3-15. DOI: 10.18698/jec.2023.4.3-15 EDN: MWVPOH
8. Горячев А.В., Горячев П.А., Жулин В.Г., Гребеньков С.А. Расчетно-аналитическое исследование в обеспечение подтверждения эффективности защиты авиационного двигателя от воздействий дождя и шквального града. Авиационные двигатели, 2019, № 4 (5), с. 19-30. DOI: 10.54349/26586061_2019_4_19 EDN: EUQOOL
9. Программный комплекс Ansys FENSAP-ICE: Ice Accretion Simulation Software. URL: https://www.ansys.com/products/fluids/ansys-fensap-ice (accessed December 15, 2024).
10. Программный комплекс FlowVision компании ООО “ТЕСИС”. URL: https://flowvision.ru/ru/(дата обращения 15.12.2024).
11. Бендерский Л.А., Горячев А.В., Горячев П.А., Горячев Д.А., Любимов Д.А., Студенников Е.С. Особенности моделирования тепломассообменных процессов при формировании льда в условиях атмосферного облака, состоящего из переохлажденных капель. ТВТ, 2024, т. 62, № 2, с. 250-263. DOI: 10.31857/S0040364424020137 EDN: ZKLBAB
12. Baumert A., Trontine P., Bansmer S., Villedieu P. Experimental and numerical investigations on aircraft icing at mixed phase icing conditions.Int. J. of Heat and Mass Transfer, 2018, no. 123, рp. 957-978. ISSN 0202-1633. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.02.008
13. Al-Khalil K., Irani E., Miller D. Mixed-phase icing simulation and testing at the Cox icing wind tunnel. In 41st Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, Reno, NV, USA, 2003, paper AIAA2003-0903.
14. Currie T.C., Struk P.M., Tsao J.-C., Fuleki D.M., Knezevici D.C. Fundamental study of mixed-phase icing with application to ice crystal accretion in aircraft jet engines. 4th AIAA Atmospheric and Space Environments Conference. New Orleans, LA, USA, 2012, paper AIAA2012-3035. DOI: 10.2514/6.2012-3035
15. Currie T.C., Fuleki D.M., Knezevici D.C., MacLeod J.D. Altitude scaling of ice crystal accretion. 5th AIAA Atmospheric and Space Environments Conference. San Diego, CA, USA, 2013, paper AIAA2013-2677. DOI: 10.2514/6.2013-2677
16. Currie T.C., Fuleki D.M., Mahallati A. Experimental studies of mixed-phase sticking efficiency for ice crystal accretion in jet engines. 6th AIAA Atmospheric and Space Environments Conference. Atlanta, Georgia, USA, 2014, paper AIAA2014-3049. DOI: 10.2514/6.2014-3049
17. Knezevici D.C., Fuleki D.M., Currie T.C., MacLeod J.D. Particle size effects on ice crystal accretion. 4th AIAA Atmospheric and Space Environments Conference. New Orleans, LA, USA, 2012, paper AIAA2012- 3039. DOI: 10.2514/6.2012-3039
18. Knezevici D.C., Fuleki D.M., Currie T.C., Galeote B., Chalmers J., MacLeod J.D. Particle size effects on ice crystal accretion - part II. 5th AIAA Atmospheric and Space Environments Conference. San Diego, CA, USA, 2013, paper AIAA2013-2676. DOI: 10.2514/6.2013-2676
19. Norde E. Eulerian Method for Ice Crystal Icing in Turbofan Engines. Ph. D. University of Twente, Enschede, Netherlands, 2017. DOI: 10.3990/1.9789036543392
20. Charton V., Trontin P., Aouizerate G., Villedieu P. Semi-Empirical Modelling of Erosion Phenomena for Ice Crystal Icing Numerical Simulation. SAE International, 2019, 2019-01-1967, 10 p. DOI: 10.4271/2019-01-1967
21. Charton V., Senoner J.-M., Trontin P., Villedieu P. Semi-empirical Erosion Model with Particle Size and Liquid Water Content Effects for Ice Crystal Icing Simulations. AIAA Aviation 2020 Forum. Virtual Event, USA, 2020, art. 2827, 13 p. DOI: 10.2514/6.2020-2827 EDN: AEGGHE
22. Tong X., Thompson D., Arnoldus Q., Collins E., Luke E. Three-Dimensional Surface Evolution and Mesh Deformation for Aircraft Icing Applications. J. of Aircraft., 2017, vol. 54, no. 3, art. 1047. DOI: 10.2514/1.C033949
23. Laurent C., Bouyges M., Charton V., Bennani L., Senoner J.-M. Ice crystals accretion capabilities of ONERA’s 3D icing suite. AIAA Aviation 2022 Forum. Chicago, USA, 2022. DOI: 10.2514/6.2022-3537
24. Горячев А.В., Горячев П.А., Рыбаков А.А. Программный модуль компьютерного моделирования процесса обледенения элементов авиационных силовых установок (“КРИСТАЛЛ 2023”). Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2023666962, 2023. EDN: RHUBFI
25. Любимов Д.А., Бендерский Л.А. Программный модуль компьютерного моделирования на основе уравнений RANS/URANS (“Лазурит-RАNS”). Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2019661604, 2019. EDN: ZTDLUP
Выпуск
Другие статьи выпуска
Рассмотрена возможность улучшения качества сгорания аммиака путем добавления водорода в рабочую смесь двигателя с искровым зажиганием. В качестве объекта исследования выбран двигатель размерности 7,7/8,58 со степенью сжатия 10,5. Для исследования влияния добавок водорода на характеристики воспламенения и параметры двигателя, работающего на аммиачно-водородном топливе, был предложен механизм кинетики реакций воспламенения и сгорания аммиачно-водородных смесей. Исследовано влияние состава смеси на период задержки воспламенения рабочей смеси и ее сгорание, а также на параметры двигателя. Показано, что период задержки воспламенения аммиака уменьшается с ростом содержания водорода в смеси. При неизменности общей теплотворной способности топлива и угла опережения зажигания увеличение содержания водорода в смеси приводит к повышению максимального давления сгорания, однако из-за ускоренного процесса выделения теплоты мощность двигателя снижается. В связи с этим для повышения мощности двигателя с ростом содержания водорода в смеси необходимо увеличивать угол опережения зажигания. Кроме того, увеличение концентрации водорода в смеси способствует значительному повышению температуры и давления в процессе сгорания, что приводит к увеличению концентрации оксидов азота в отработавших газах.
При разработке источников энергии для освоения Крайнего Севера Российской Федерации необходимы исследования особенностей работы тепловых двигателей в условиях низких температур в холодильных камерах. Цель исследования - создание системы автоматического регулирования температуры воздуха в камере. Разработана система автоматического регулирования температуры воздуха в климатической камере с каскадной холодильной установкой для испытаний тепловых двигателей малой и средней мощности в условиях низких температур до -60 °С. Составлена математическая модель климатической камеры, содержащая модели испытываемого двигателя и воздуха в камере. Для исследования выбран дизель ЯМЗ-5340 номинальной мощностью 140 кВт. На компьютерной модели проведено моделирование процессов охлаждения воздуха в климатической камере.
Описан способ сохранения требуемой степени повышения давления в центробежном компрессоре автономной малоразмерной замкнутой газотурбинной установки при переходе на более легкие рабочие тела посредством изменения геометрии лопатки рабочего колеса с сохранением меридионального обвода и основных размеров. Использование легких рабочих тел, имеющих большие значения газовой постоянной, приводит к ограничению частоты вращения рабочего колеса турбины, что в одновальной замкнутой газотурбинной установке создает проблемы в получении требуемого напора центробежного компрессора. Проведен анализ влияния конструктивного угла при выходе b2л на характеристики рабочего колеса и ступени в целом путем сопоставления характеристик, полученных математическим моделированием. Представлена методика перепрофилирования существующих рабочих колес с лопатками, загнутыми против вращения при выходе, в рабочие колеса с лопатками, загнутыми по вращению. В результате анализа нескольких рабочих колес с лопаточным углом выхода b2л = 105° определена оптимальная геометрия колес и построена ее характеристика. Выполнено сравнение течения в рабочих колесах центробежной ступени, полученных расчетным методом контрольных объемов. Представлены результаты экспериментальных и расчетных исследований течения в ступени, состоящей из рабочего колеса с углом выхода b2л = 65°, безлопаточного диффузора и выходной системы. Приведена расчетная ветвь характеристики рабочего колеса с b2л = 105°. Проанализировано влияние конструктивного угла при выходе на характеристики рабочего колеса и ступени в целом.
Исследовано влияние изменения степени сжатия на эффективные показатели двигателя внутреннего сгорания, включая показатели процессов сгорания и теплопередачи. Особое внимание уделено прочностным свойствам материалов, из которых изготовлены компоненты двигателя, а также их способности выдерживать повышенные механические и тепловые нагрузки. Предложена методология повышения энергоэффективности двигателя с алгоритмом ступенчатого подбора степени сжатия и оценкой прочностных характеристик двигателя. Апробация методологии проведена в рядном шестицилиндровом двигателе КАМАЗ-910. В рамках проведенных исследовательских работ определены оптимальные значения степени сжатия, которые обеспечивают высокую эффективность и экономичность двигателя в эксплуатации, а также надежную работу двигателя на протяжении всего ресурса автомобиля.
Однопоточный нестационарный метод может быть применен для получения тепловых характеристик различных высококомпактных поверхностей теплообмена в рамках импортозамещения. Такие поверхности широко могут быть использованы в транспорте (маслоохладители, воздухоохладители) и энергетике. В работе представлен модифицированный однопоточный нестационарный метод, в котором для получения достоверных результатов используются два способа обработки эксперимента - непосредственного наложения кривых и способом Локка по максимальному наклону кривой температуры. Также показано небольшое влияние на точность теплового эксперимента «неидеальности» ступеньки входной температуры потока газа. Для исследования поверхностей теплообмена однопоточным нестационарным методом применен экспериментальный стенд МГТУ им. Н. Э. Баумана, работающий по замкнутому контуру с малоинерционным нихромовым нагревателем и медным термометром сопротивления. Для пластинчато-ребристой поверхности МВТУ № 10 с шахматным расположением ребер получены экспериментальные зависимости в виде Nu = f (Re) и Eu = f (Re) в диапазоне чисел Рейнольдса от 300 до 600.
Оптимизация рабочего процесса с целью одновременного улучшения экономических и экологических показателей форсированного среднеоборотного двигателя представляет собой сложную научно-техническую задачу, поскольку мероприятия, улучшающие эти показатели, в ряде случаев приводят к противоположным результатам. В статье проанализированы направления по совершенствованию рабочего процесса среднеоборотных дизелей двойного назначения. Эти направления рассмотрены в комплексе с оценкой их влияния друг на друга. Итогом предлагаемой оптимизации рабочего процесса с целью снижения эмиссии оксидов азота (NO x ) и удельного эффективного расхода топлива является представленная траектория пошагового изменения параметров рабочего процесса среднеоборотного дизель-генератора 12ЛДГ500 (12ЧН 26,5/31) производства АО «Коломенский завод», которая дает представление о комбинации возможных способов его доводки, обеспечивающих улучшение указанных показателей.
Издательство
- Издательство
- МГТУ им. Н.Э. Баумана
- Регион
- Россия, Москва
- Почтовый адрес
- 105005, г. Москва, вн. тер. г. муниципальный округ Басманный, ул. 2-я Бауманская, д. 5, с. 1
- Юр. адрес
- 105005, г. Москва, вн. тер. г. муниципальный округ Басманный, ул. 2-я Бауманская, д. 5, с. 1
- ФИО
- Гордин Михаил Валерьевич (Ректор)
- E-mail адрес
- bauman@bmstu.ru
- Контактный телефон
- +7 (499) 2636377
- Сайт
- https://bmstu.ru/