Разработка формулы и методики расчета температуры стенок внутренних каналов мультитопливной форсунки в зависимости от числа теплообменных единиц

Предложена методика расчета температуры стенок внутренних каналов мультитопливной форсунки с учетом числа теплообменных единиц. Выяснено, что снижение температуры металлической стенки форсунки, работающей на жидких углеводородных горючих, может не только затормозить дальнейшее осадкообразование, но и предотвратить появление углеродсодержащих осадков. Выполнен анализ научно-технической информации и патентный поиск по мультитопливным форсункам. Получена новая формула для расчета температуры внутренней поверхности мультитопливной форсунки в зависимости от числа теплообменных единиц, массовых расходов углеводородных горючих, теплоносителей и других параметров. Проведена теоретическая апробация новой формулы, в результате которой доказано, что мультитопливные форсунки более эффективны, чем однотопливные, которые охлаждаются хуже и имеют меньший ресурс. На основе новой формулы разработана новая методика расчета температуры стенок внутренних каналов мультитопливной форсунки в зависимости от числа теплообменных единиц.
EDN: JZYDDI, https://elibrary/jzyddi

Литература

[1] Хавкин Ю.И. Центробежные форсунки. Ленинград, Машиностроение, 1976. 168 с.

[2] Большаков Г.Ф. Физико-химические основы образования осадков в реактивных топливах. Ленинград, Химия, 1972. 232 с.

[3] Алтунин В.А. Исследование особенностей теплоотдачи к углеводородным горючим и охладителям в энергетических установках многоразового использования. Кн. 1. Казань, КГУ им. В.И. Ульянова-Ленина, 2005. 272 с.

[4] Яновский Л.С., Иванов В.Ф., Галимов Ф.М. и др. Коксоотложения в авиационных и ракетных двигателях. Казань, Абак, 1999. 284 с.

[5] Алтунин К.В. Пути усовершенствования жидкостных форсунок ВРД. Мат. межд. молодеж. научн. конф. Туполевские чтения. Т. 1. Казань, КГТУ им. А.Н. Туполева, 2008, с. 234–235.

[6] Ramier S.A., Barve V.V., Thackway R.L. et.al. Multi-functional fuel nozzle with a heat shield. Patent WO 2016024975. Appl. 04.08.2014, publ. 18.02.2016.

[7] Малыгина М.В. Численное исследование многотопливного горелочного модуля камеры сгорания ГТУ. Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета, 2011, № 3–1, с. 143–150.

[8] Мурашев П.М. Многотопливная форсунка для газотурбинных двигателей и установок. Патент РФ 110818. Заявл. 29.06.2011, опубл. 27.11.2011.

[9] Бурдыкин В.Д., Козлов В.Г., Кондрашова Е.В. Многотопливная форсунка. Патент РФ 166189. Заявл. 09.03.2016, опубл. 20.11.2016.

[10] Мальчук В.И., Шатров М.Г., Кудряшов Б.А. и др. Форсунка для подачи двух видов топлива в дизельный двигатель. Патент РФ 2541674. Заявл. 31.12.2013, опубл. 20.02.2015.

[11] Стасюк А.В., Калашник Н.Н., Приладышев Д.Ю. и др. Форсунка двухтопливная «газ плюс жидкое топливо». Патент РФ 2578785. Заявл. 27.10.2014, опубл. 27.03.2016.

[12] Wang R., Zhang L., He Y. et al. Multi-fuel nozzle for micro gas turbine. Patent CN 110822481. Appl. 24.05.2019, publ. 21.02.2020.

[13] Fox T.A., Terdalkar S., Bartley R.H. et al. Dual stage multi-fuel nozzle including a flow-separating wall with a slip-fit joint background. Patent WO 2017018992. Appl. 24.07.2015, publ. 02.02.2017.

[14] Woerz U., Wu J. Improved multi-fuel injection nozzle. Patent PL 2742290. Appl. 09.07.2012, publ. 31.03.2016.

[15] Wei B. Multi-fuel combustion nozzle with local aerating and combusting supporting functions realized by using fuel oil, fuel gas and enriched oxygen. Patent CN 202303393. Appl. 14.09.2011, publ. 04.07.2012.

[16] Zhang J., Hu B. A kind of multi fuel nozzle, fuel spray system and its turbogenerator. Patent CN 107166435. Appl. 07.07.2017, publ. 15.09.2017.

[17] Алтунин К.В. Разработка методики расчета температуры внутренней стенки мультитопливной форсунки с целью предотвращения осадкообразования и перегрева. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2021, № 6, с. 37–47, doi: http://dx.doi.org/10.18698/0536-1044-2021-6-37-47

[18] Алтунин К.В. Разработка методики расчета температуры внутренней стенки мультитопливной форсунки с учетом плотности теплового потока. Инженерный журнал: наука и инновации, 2022, № 12, doi: http://dx.doi.org/10.18698/2308-6033-2022-12-2238

[19] Cengel Y.A. Heat transfer. McGraw-Hill, 2007. 901 p.

[20] Болога М.К., Семенов К.Н., Бурбуля Ю.Т. Теплообмен при вынужденном движении жидкостей в электрическом поле. В: Тепло- и массоперенос. Т. 1, ч. 1. Минск, Ин-т тепло- и массообмена АН БССР, 1972, с. 307–311.