Один из способов снижения выбросов газотурбинных двигателей сводится к сгоранию топлива при низких температурах и большом избытке воздуха. Он позволяет снизить выбросы оксидов азота, образующихся при высоких температурах, но это чревато эмиссией угарного газа.
Смеси, в которых объем воздуха превышает объем топлива, называются «бедными». Для повышения их эффективности смесь подогревается перед сжиганием. Ученые из Пермского политеха попытались выяснить, как подогрев топливной смеси перед попаданием в камеру сгорания влияет на процесс сжигания и образование вредных веществ.
Авторы создали экспериментальный стенд, с помощью которого исследовались характеристики горения обедненной смеси. Для нагрева воздуха и топлива использовалось устройство мощностью 50 кВт. Все процессы фиксировались с помощью расходомеров, газоанализаторов, а также датчиков давления и температуры.
Эксперименты показали, что подогрев перед камерой сгорания уменьшает выбросы углекислого газа на 24%, но при этом увеличивает эмиссию оксидов азота на 15%. «Особенно этот эффект заметен при увеличении времени горения. Однако важно отметить, что уровень токсичных выбросов все равно остается значительно ниже, чем при высокотемпературном горении, которое используется в традиционных газотурбинных двигателях», – цитирует Пермский политех одного из авторов исследования Алену Шилову.
Исследователи также разработали полуэмпирические выражения, которые позволяют точнее прогнозировать выбросы оксидов углерода и азота при низкотемпературном горении обедненных смесей. Эти формулы учитывают температуру топливного газа, давление в камере сгорания и время пребывания смеси в зоне горения. Подставляя нужные значения, инженеры смогут моделировать процессы, происходящие в большом диапазоне температур.
