Оптимизация топливоподачи в малоэмиссионной камере сгорания ГТУ
03.11.2026
Разработана трёхмерная CFD-модель камеры сгорания ГТУ с раздельной подачей топлива в пилотный и основной контуры. Определены рациональные доли топлива, обеспечивающие полноту сгорания до 0,998 и минимальные выбросы NOx
Поставленная задача
ГТУ работают непрерывно в широком диапазоне температур наружного воздуха, и оптимальные параметры рабочего процесса меняются вместе с мощностью и условиями эксплуатации. Нужен инструмент, позволяющий одновременно удерживать устойчивое горение, высокую полноту сгорания и низкую эмиссию оксидов азота во всём диапазоне режимов — от −50 до +45 °C при мощностях 65–120 % номинала.
Один из таких инструментов — перераспределение топлива между пилотным и основным контурами горелки: пилотный контур поддерживает горение, но его настройка напрямую влияет на температуру и состав продуктов сгорания.
Один из таких инструментов — перераспределение топлива между пилотным и основным контурами горелки: пилотный контур поддерживает горение, но его настройка напрямую влияет на температуру и состав продуктов сгорания.
Целью работы стало исследование влияниярасхода топлива через пилотный контур газовой горелки, обеспечивающие максимальную полноту сгорания и минимальные индексы эмиссии NOx в КС при температурах воздуха на входе в ГТД от -50 до +45℃ для режимов работы ГТУ при мощностях, составляющих от 65 до 120% от номинальной.
Что сделано:
- Термогазодинамическая модель — одномерные и редуцированные модели ГТУ и камеры сгорания, анализ способов регулирования мощности, КПД и эмиссионных характеристик.
- Геометрия и расчётная сетка — трёхмерная модель КС с раздельными подводами топлива, заданы граничные условия: вход воздуха, расходы топлива по контурам, отборы на охлаждение, выход газов.
- Моделирование горения — CFD-расчёт частично предварительно перемешанной смеси (Partially Premixed Combustion) с детальным механизмом GRI-Mech 3.0.
- Расчётные эксперименты — серия расчётов с варьированием соотношения расходов топлива между контурами при заданных температурах воздуха и режимах ГТУ.
Трёхмерная модель исследуемой КС ГТД
Конечно-элементная модель исследуемой КС ГТД
Итоги работы
Построена численная модель КС, позволяющая исследовать влияние распределения расхода топлива в пилотном контуре на полноту сгорания и образование NOx. Полученные зависимости применимы для совершенствования алгоритмов регулирования подачи топлива, повышения эффективности КС и снижения выбросов NOx в широком диапазоне эксплуатационных условий.
Ключевой результат
Оптимальная доля топлива в пилотном контуре зависит от условий работы: при 7400 об/мин — 70 % при −35 °C и всего 2 % при +35 °C. Полнота сгорания достигает 0,997–0,998.