В ПНИПУ предложили метод снижения токсичных выбросов авиационных двигателей
Исследование процессов, происходящих при подогреве топливного газа для газотурбинных двигателей, помогло ученым Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) найти способ снизить выброс двигателем вредных веществ, 20 марта сообщает пресс-служба вуза.
Для более полного сгорания топлива в газотурбинном двигателе его тщательно перемешивают с воздухом. Быстрее и эффективнее этот процесс можно выполнить, подогревая получаемую смесь. Особенно это важно при использовании обедненных смесей, содержащих воздуха больше, чем топлива, так как иначе они могут сгорать не полностью, отчего двигатель будет хуже работать.
Проблема лишь в том, что применяемые в настоящее время методы подогрева топливной смеси внутри камеры сгорания двигателя приводят к выбросам вредных для человека газов — угарного и оксида азота. Исследование ученых Пермского Политеха показало, что нагрев топливного газа перед камерой сгорания двигателя позволяет снизить выбросы угарного газа на 24%.
Результаты исследования были представлены в статье «Экспериментальные исследования по влиянию подогрева топливного газа на эмиссионные характеристики горения обедненной смеси», опубликованной в журнале «Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника», № 79, 2024 год.
Одним способов снижения вредных выбросов от газотурбинных двигателей является использование низкотемпературного горения обедненных смесей, когда топливо с большим избытком воздуха сжигается при относительно низких температурах. При этом снижается выделение оксидов азота, обычно образующихся при высоких температурах. Но такое горение может быть менее стабильным, что приведет к увеличению выбросов угарного газа.
Ученые Пермского Политеха изучили перспективный способ подогрева топливной смеси перед камерой сгорания топлива и узнали, как он влияет на процесс сжигания и выбросы вредных веществ. Исследование проводилось на экспериментальном стенде по исследованию характеристик горения обедненной смеси.
На стенд подавались воздух и топливо, а для их нагрева использовался подогреватель мощностью до 50 кВт. Параметры горения регистрировались расходомерами, датчиками давления и температуры, а концентрация вредных веществ определялась по данным газоанализатора.
Старший преподаватель кафедры «Ракетно-космическая техника и энергетические системы» ПНИПУ Алена Шилова рассказала о полученных результатах:
«Экспериментальные исследования показали, что подогрев перед камерой сгорания на 24% уменьшает выбросы угарного газа и немного (на 15%) увеличивает выбросы оксидов азота. Особенно этот эффект заметен при увеличении времени горения. Однако важно отметить, что уровень токсичных выбросов всё равно остается значительно ниже, чем при высокотемпературном горении, которое используется в традиционных газотурбинных двигателях».
Также полученные в ходе экспериментов данные позволили исследователям разработать модифицированные полуэмпирические формулы, с помощью которых можно более точно прогнозировать выбросы оксидов углерода и азота при низкотемпературном горении обедненных смесей.
В формулах учитывается температура топливного газа, давление в камере сгорания, объем камеры и время пребывания смеси в зоне горения. Они помогут инженерам точнее моделировать процессы сжигания топлива в большем диапазоне температур.
Проведенное учеными ПНИПУ исследование поможет сделать работу газотурбинного двигателя эффективной и более безвредной для окружающей среды.
