Experimental determination of the excess air coefficient at the outlet of the burners of a two-zone combustion chamber
DOI:
https://doi.org/10.25206/2588-0373-2025-9-3-107-113Keywords:
two-zone combustion chamber, gas turbine engine, burner, test, concentrations of harmful substances emissions, nitrogen oxides, carbon monoxide, excess air coefficient.Abstract
The paper presents the results of computational and experimental determination of the excess air coefficient at the outlet of the burners of the experimental two-zone combustion chamber of the NK-16ST engine. The design features of the combustion chamber are described. The author demonstrates the bench equipment on which the burners and the combustion chamber are tested. The methodology of testing burners and combustion chambers to determine their throughput are described. Moreover, the author forms an algorithm for the sequence of computational and experimental work. As a result, the measurements of environmental characteristics during fuel consumption control in the combustion chamber zones are presented.
Downloads
References
(1). Lefebvre A. H., Ballal D. R. Gas turbine combustion: alternative fuels and emissions. 3rd ed. CRC Press, 2010. 537 p. DOI: 10.1201/9781420086058.
(2). Постников А. М. Снижение оксидов азота в выхлопных газах ГТУ. Самара: СНЦ РАН, 2002. 286 с.
Postnikov A. M. Snizheniye oksidov azota v vykhlopnykh gazakh GTU [Reduction of nitrogen oxides in the exhaust gases of the GTD]. Samara, 2002. 286 p. (In Russ.).
(3). Гриценко Е. А. Конвертирование авиационных ГТД в газотурбинные установки наземного применения. Самара: СНЦ РАН, 2004. 266 с. ISBN 5-93424-139-7. EDN: QMINEB.
Gritsenko E. A. Konvertirovaniye aviatsionnykh GTD v gazoturbinnyye ustanovki nazemnogo primeneniya [Conversion of aviation GTE to ground-based gas turbine devices]. Samara, 2004. 266 p. ISBN 5-93424-139-7. EDN: QMINEB. (In Russ.).
(4). Бантиков Д. Ю., Гречников О. В., Рогалев В. В., Цыбизов Ю. И. Пути совершенствования горелок двухзонных камер сгорания // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С. П. Королёва (национального исследовательского университета). 2014. № 5-2 (47). С. 88–94. EDN: UGCLPZ.
Bantikov D. Yu., Grechnikov O. V., Rogalev V. V., Tsybizov Yu. I. Puti sovershenstvovaniya gorelok dvukhzonnykh kamer sgoraniya [Ways of improving burners of two-staged combustion chambers]. Vestnik Samarskogo gosudarstvennogo aerokosmicheskogo universiteta im. akademika S. P. Koroleva (natsional’nogo issledovatel’skogo universiteta). Vestnik of Samara University. Aerospace and Mechanical Engineering. 2014. No. 5-2 (47). P. 88–94. EDN: UGCLPZ. (In Russ.).
(5). Гречишников О. В., Остапец И. И., Росляков А. Д., Цыбизов Ю. И. Гомогенные горелки двухзонных камер сгорания // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С. П. Королёва (национального исследовательского университета). 2013. № 3-1 (41). С. 65–72. EDN: RYADWD.
Grechishnikov O. V., Ostapets I. I., Roslyakov A. D., Tsybizov Yu. I. Gomogennyye gorelki dvukhzonnykh kamer sgoraniya [Homogeneous burners of two-staged combustion chambers]. Vestnik Samarskogo gosudarstvennogo aerokosmicheskogo universiteta im. akademika S. P. Koroleva (natsional’nogo issledovatel’skogo universiteta). Vestnik of Samara University. Aerospace and Mechanical Engineering. 2013. No. 3-1 (41). P. 65–72. EDN: RYADWD. (In Russ.).
(6). Маркушин А. Н., Бакланов А. В. Испытательные стенды для исследования процессов и доводки низкоэмиссионных камер сгорания ГТД // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С. П. Королёва (национального исследовательского университета). 2013. № 3-1 (41). С. 131–138. EDN: RYAEAJ.
Markushin A. N., Baklanov A. V. Ispytatel’nyye stendy dlya issledovaniya protsessov i dovodki nizkoemissionnykh kamer sgoraniya GTD [Test benches for researching the processes and operational development of low emission gas turbine engine combustion chambers]. Vestnik Samarskogo gosudarstvennogo aerokosmicheskogo universiteta im. akademika S. P. Koroleva (natsional’nogo issledovatel’skogo universiteta). Vestnik of Samara University. Aerospace and Mechanical Engineering. 2013. No. 3-1 (41). P. 131–138. EDN: RYAEAJ. (In Russ.).
(7). Ланский А. М., Лукачев С. В., Матвеев С. Г. [и др.]. Рабочий процесс камер сгорания малоразмерных ГТД. Самара: СНЦ РАН, 2009. 335 с. ISBN 978-5-93424-461-4. EDN: QNWJQN.
Lanskiy A. M., Lukachev S. V., Matveyev S. G. [et al.]. Rabochiy protsess kamer sgoraniya malorazmernykh GTD [Operational process of combustion chambers of small-sized GTE]. Samara, 2009. 335 p. ISBN 978-5-93424-461-4. EDN: QNWJQN. (In Russ.).
(8). Гриценко Е. А., Данильченко В. П., Лукачев С. В. [и др.]. Некоторые вопросы проектирования авиационных газотурбинных двигателей. Самара: СНЦ РАН, 2002. 527 с.
Gritsenko E. A., Danil’chenko V. P., Lukachev S. V. [et al.]. Nekotoryye voprosy proyektirovaniya aviatsionnykh gazoturbinnykh dvigateley [Some design issues of the aircraft gas turbine engines]. Samara, 2002. 527 p. (In Russ.).
(9). Бакланов А. В., Маркушин А. Н. Особенности проектирования и доводки LPP-камеры сгорания // Вестник Казанского государственного технического университета им. А. Н. Туполева. 2017. Т. 73, № 2. С. 56–61. EDN: ZHUXLN.
Baklanov A. V., Markushin A. N. Osobennosti proyektirovaniya i dovodki LPP-kamery sgoraniya [Design features and refinement of the LPP-combustion chamber]. Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta im. A. N. Tupoleva. Bulletin of KSTU. 2017. Vol. 73, no. 2. P. 56–61. EDN: ZHUXLN. (In Russ.).
(10). Данильченко В. П., Лукачев С. В., Ковылов Ю. Л. [и др.]. Проектирование авиационных газотурбинных двигателей. Самара: СНЦ РАН, 2008. 620 с. ISBN 978-5-93424-357-0. EDN: QNVLRB.
Danil’chenko V. P., Lukachev S. V., Kovylov Yu. L. [et al.]. Proyektirovaniye aviatsionnykh gazoturbinnykh dvigateley [Design of the aircraft gas turbine engines]. Samara, 2008. 620 p. ISBN 978-5-93424-357-0. EDN: QNVLRB. (In Russ.).
(11). Маркушин А. Н., Бакланов А. В. Результаты испытаний закоксованных форсунок камер сгорания семейства НК промывкой смесью керосина с техническим моющим средством // Труды МАИ. 2018. № 99. EDN: UPSSHQ.
Markushin A. N., Baklanov A. V. Rezul’taty ispytaniy zakoksovannykh forsunok kamer sgoraniya semeystva NK promyvkoy smes’yu kerosina s tekhnicheskim moyushchim sredstvom [Test results of washing-out of coked atomizers of NK family combustion chambers by mixture of kerosene with technical detergent]. Trudy MAI. 2018. No. 99. EDN: UPSSHQ. (In Russ.).
(12). Halder M., Dash S., Som S. Initiation of air core in a simplex nozzle and the effects of operating and geometrical parameters on its shape and size. Experimental Thermal and Fluid Science. 2002. Vol. 26. P. 871–878. DOI: 10.1016/S0894-1777(02)00153-X.
(13). Sadiki A., Repp S., Schneider C. [et al.]. Numerical and experimental investigations of confined swirling combusting flows. Progress in Computational Fluid Dynamics. 2003. Vol. 3, no. 2-4. P. 78–88. DOI: 10.1504/PCFD.2003.003778.
(14). Gokulakrishnan P., Fuller C. C., Klassen M. S. [et al.]. Experiments and modeling of propane combustion with vitiation. Combustion and Flame. 2014. Vol. 161, no. 8. P. 2038–2053. DOI: 10.1016/j.combustflame.2014.01.024.
(15). Kiesewetter F., Konle M., Sattelmayer T. Analysis of combustion induced vortex breakdown driven flashback in a premix burner with cylindrical mixing zone. ASME Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. 2007. Vol. 129. P. 929–36. DOI: 129. 10.1115/1.2747259.
(16). Lieuwen T. C., Yang, V. Combustion instabilities in gas turbine engines: Operational experience, fundamental mechanisms, and modeling (Progress in astronautics and aeronautics). American Institute of Aeronautics and Astronautics. 2005. 657 p.
(17). ГОСТ 28775–90. Агрегаты газоперекачивающие с газотурбинным приводом. Общие технические условия. Введ. 01–01–1992. Москва: Стандартинформ, 2005. 12 с.
GOST 28775–90. Agregaty gazoperekachivayushchiye s gazoturbinnym privodom. Obshchiye tekhnicheskiye usloviya [Gas pumping units driven with gas turbine. General specifications]. Moscow, 2005. 12 p. (In Russ.).
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Non-exclusive rights to the article are transferred to the journal in full accordance with the Creative Commons License BY-NC-SA 4.0 «Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 Worldwide License (CC BY-NC-SA 4.0»)
