Результаты исследования

2016 год. Этап 1
2017 год. Этап 2
2018 год. Этап 3

Результаты работ по выполнению проекта:

В ходе выполнения проекта с 2016 по 2018 гг., выполнено более 30 экспериментальных и теоретических исследований. Все экспериментальные исследования проведены на высоком уровне с применением современных средств измерения и диагностики.

В ходе выполнения запланированных по соглашению работ проекта исследованию, получены следующие научные и научно-технические результаты: созданы методики, алгоритмы и базы данных; экспериментальные установки, программы и методики проведения экспериментальных исследований; поданы заявки и получены патенты и свидетельства; приведены результаты экспериментальных исследований.

• Создана методика определения нормальной скорости распространения ламинарного пламени при сжигании газообразных, жидких, смесевых, альтернативных топлив с использованием метода "Heat Flux".


• Разработан алгоритм совместного использования кинетического механизма горения природного газа и CFD расчёта, на котором отработаны основные элементы алгоритма, а также алгоритм совместного использования CFD расчёта и детального кинетического механизма горения суррогата керосина, позволившего внести поправки, связанные с отличиями моделирования горения газообразных и жидких топлив.


• Разработана методика отбора проб продуктов сгорания авиационного керосина в модельной камере сгорания с использованием портативного газового хроматографа. Проведена доработка методики отбора проб и спроектирован пробоотборник, позволяющий минимизировать изменение состава пробы на пути от места отбора до газового хроматографа. Получен патент №: 182039 «Пробоотборник с жидкостным охлаждением».


• Создан и отработан комбинированный алгоритм расчёта по определению экологических характеристик процесса горения керосина и его суррогата, отличающийся низкой погрешностью определения индекса эмиссии основных продуктов полного сгорания (менее 5 %) и хорошим соответствием определения концентрации оксида углерода, и других продуктов неполного сгорания, не превышающим 10 %.

На основе общедоступных и зарекомендовавших себя баз данных создан собственный банк термодинамических и кинетических данных, отражающий основные физические параметры и свойства, требуемые в расчётах. С этой целью создана и на протяжении всего периода работы над проектом наполнена база данных, получено свидетельство о регистрации «База термодинамических данных и констант химических реакций, использующихся в детальных кинетических схемах окисления углеводородных топлив» (Свидетельство № 2018622044), включающая данные для более, чем 730 химических веществ и 7700 элементарных стадий химических реакций.

Для проведения верификационных расчётно-экспериментальных исследований была спроектирована и изготовлена модельная камера сгорания, которая включает в себя все основные элементы реальной камеры сгорания: диффузор, фронтовое устройство с завихрителем, жаровую трубу. В жаровой трубе также присутствуют все основные элементы рабочего процесса камеры сгорания: зоны смешения испарённого топлива с воздухом, горения топливо-воздушной смеси и разбавления продуктов сгорания холодным воздухов. Отличительной особенностью проведённых работ по выполнению CFD расчётов по созданной модельной камере сгорания является тот факт, что итеративный процесс их проведения позволил довести параметры до требуемых в реальных камерах сгорания ГТД. Тем самым, численное моделирование позволило выполнить процесс доводки камеры сгорания ещё на стадии проектирования. Моделирование позволило уточнить структуру течений внутри камеры сгорания и оптимизировать конструкцию, подготовив её к технологической проработке и последующему изготовлению.

Была создана экспериментальная установка для проведения исследований на модельной камере сгорания, которая позволяет проводить экспериментальные исследования при температуре рабочего тела на входе в объект испытаний до 1173 К и суммарном расходе рабочего тела до 0,060 кг/с. Доработка стендового и измерительного оборудования позволила задавать и контролировать основные характеристики исследуемого рабочего процесса с высокой точностью на уровне мировых стандартов, тем самым повысить достоверность получаемых экспериментальных данных и уменьшить их неопределённость.

В период выполнения проекта с 2016 по 2018 г. расчётные исследования проводились с использованием суперкомпьютера «Сергей Королёв» ЦКП «Межвузовский медиацентр города Самара» Самарского университета. Изготовление пробоотборника и горелочного устройства проводилось на установках ЦКП «Межкафедральный учебно-производственный научный центр САМ-технологий» Самарского университета.

Полученные результаты соответствуют современному научно-техническому уровню, подтверждены семнадцатью опубликованными работами в рецензируемых журналах, индексируемых в системах Scopus и Web of Science [1-17], в том числе в шести статьях в высокорейтинговых журналах, входящих в квартили Q1 и Q2 [1, 2, 9, 10, 11, 13]. По итогам работы зарегистрирована одна база термодинамических данных и констант химических реакций [18], получены три патента [19, 20, 21] и подана одна заявка на изобретение [22]. Результаты научных исследований опубликованы в рукописях трёх диссертаций [23, 24, 25], выполненных в рамках проекта.

Исполнители проекта неоднократно докладывали результаты научных исследований на международных и всероссийских конференциях и симпозиумах.

В результате проведённых научных исследований совместно с Lund University (г. Лунд, Швеция), и другими ведущими университетами мира осуществлена интеграция российской науки в общеевропейскую и мировую научно-исследовательскую сферу, расширена база знаний и развиты передовые технологии в области двигателестроения.

Выполненные научные исследования востребованы индустриальными партнёрами и позволяют в дальнейшей перспективе осуществлять коммерциализацию полученных результатов.

Созданный эффективный метод прогнозирования экологических характеристик позволяет на стадиях проектирования и доводки камер сгорания повысить конкурентоспособность российских авиационных двигателей за счёт уменьшения сроков проектирования и доводки двигателей и получения большего количества точной информации о процессах, проходящих внутри камер сгорания.

1. Alekseev, V. A. Laminar burning velocities of n-decane and binary kerosene surrogate mixture [Text] / V.A. Alekseev, J.V. Soloviova-Sokolova, S.S. Matveev, I.V. Chechet, S.G. Matveev, A.A. Konnov // Fuel. – 2017. – V. 187. – P. 429-434.
2. Alekseev, V.A. Laminar burning velocities of methylcyclohexane + air flames at room and elevated temperatures: A comparative study [Text] / V.A. Alekseev, S.S. Matveev, I.V. Chechet, S.G. Matveev, A.A. Konnov // Combustion and Flame. – 2018. – V. 196. –P. 99-107.
3. Firstova, N. Conditions for the critical phenomena in a dynamic model of an electrocatalytic reaction [Text] / N. Firstova, E. Shchepakina // IOP Conf. Series: Journal of Physics. – 2017. – V. 811. – P. 1-8.
4. Firstova, N. Modelling of critical conditions for an electrochemical reactor model [Text] / N. Firstova, E. Shchepakina // Procedia Engineering. – 2017. – V. 201. – P. 495-502.
5. Orlov, M.Yu. Investigation of the effect of the non-uniform flow distribution after compressor of gas turbine engine on inlet parameters of the turbine [Text] / M.Yu. Orlov, S.V. Lukachev, V.M. Anisimov // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. – 2018. – V. 302. – P. 1-8.
6. Orlov, M.Yu. Numerical investigation of the impact of the compressor operation mode on working process of the combustion chamber [Text] / M.Yu. Orlov, S.V. Lukachev, V.M. Anisimov // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. – 2018. – V. 302. – P. 1-10.
7. Platonov, I.A. Study of the Sorption Properties of Planar Micropacked GasChromatographic Columns of Polycapillary and Pillar Types [Text] / I.A. Platonov, V.I. Platonov, A.N. Agafonov, V.S. Pavelyev // AIP Conference Proceedings. – 2018. – V. 1989. – P. 1-7.
8. Platonov, V.I. Investigation of the temperature effect on the sensivity of thermal conductivity detector [Text] / V.I. Platonov, D.A. Uglanov, S.S. Dostovalova, S.V. Zaika // International Journal of Mechanical Engineering and Robotics Research. – 2017. –V. 6, №4. – P. 305-308.
9. Savchenkova, A.S. Mechanism and rate constants of the CH2 + CH2CO reactions in triplet and singlet states: A theoretical study [Text] / A.S. Savchenkova, A.S. Semenikhin, I.V. Chechet, S.G. Matveev, A.A. Konnov, A.M. Mebel // Journal of Computational Chemistry. – 2019. – V. 40, Is 2. – P. 387 – 399.
10. Sazhin, S.S. Order reduction in models of spray ignition and combustion [Text]/ S.S. Sazhin, E. Shchepakina, V. Sobolev // Combustion and Flame. – 2018. –V. 187. – P. 122-128.
11. Sazhin, S.S. Parameterisations of slow invariant manifolds: application to a spray ignition and combustion model [Text] / S.S. Sazhin, E. Shchepakina, V. Sobolev // Journal of Engineering Mathematics. – 2018. – P. 1-17.
12. Sazhin, S.S. Positively invariant manifolds: concept and applications [Text] / S.S. Sazhin, E. Shchepakina, V. Sobolev // IOP Conf. Series: Journal of Physics. – 2017. – V. 811. – P. 1-8.
13. Semenikhin, A.S. Mechanism and Rate Constants of the CH3+ CH2CO Reaction: A Theoretical Study [Text] / A.S. Semenikhin, E.G. Shubina, A.S. Savchenkova, I.V. Chechet, S.G. Matveev, A.A. Konnov, A.M. Mebel // International Journal of Chemical Kinetics. – 2018. – V. 50, Is. 4. – P. 273-284.
14. Shchepakina, E. Self-Ignition in Porous Media: Critical Phenomena [Text] / E. Shchepakina // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. – 2018. – V. 302. – P. 1-6.
15. Vidilina, O. Calculation of critical conditions for the filtration combustion model [Text] / O. Vidilina, E. Shchepakina // CEUR Workshop Proceedings. – 2017. – V. 1904. – P. 151 – 157.
16. Zubrilin, I. A. Measurements and Experimental Database Review for Laminar Flame Speed Premixed Ch4/Air Flames [Text] / I.A. Zubrilin, S.S. Matveev, S.G. Matveev, D.V. Idrisov // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. – 2018. – V. 302. – P. 1-7.
17. Zubrilin, I.A. Simulation of Pollutant Emissions in a Small-Size GTE Based on the Reactor Network Model [Text] / I.A. Zubrilin, S.G. Matveev, A. Marrone, D.G. Pastrone // Bulletin of the Lebedev Physics Institute. – 2018. –V.45, Is. 10. – P. 308 – 310.
18. База термодинамических данных и констант химических реакций, использующихся в детальных кинетических схемах окисления углеводородных топлив: Пат. № 2018622044 Рос. Федерация. / С.Г. Матвеев, И.В. Чечет, С.С. Матвев, Н.С. Миронов, А.С. Семенихин; заявитель и патентообладатель Самар. науч.-ислед. ун-т. – № 2018621308; заявл. 25.09.2018; опубл. 13.12.2018.
19. Пат. № 173171 Российская Федерация. Модульное вихревое горелочное устройство [Текст] / Р.А. Зубрилин, И.А. Зубрилин, В.Ю. Абрашкин; заявитель и патентообладатель Самар. науч.-исслед. ун-т. – № 2017112146; заявл. 10.04.2017; опубл. 15.08.2018.
20. Пат. №2660392 Российская Федерация. Планарный микродозатор с изменением фиксированного количества анализируемого газа в дозе [Текси] / И.А. Платонов, Ю.И. Арутюнов, В.И. Платонов, М.Ю. Анисимов, С.С. Матвеев; заявитель и патентообладатель Самар. науч.-ислед. ун-т. –№ 2017130010; заявл. 24.08.2017; опубл. 06.07.2018.
21. Пат. №182039 Российская Федерация. Пробоотборник с жидкостным охлаждением [Текст] / Н.С. Миронов, В.М. Анисимов, С.С. Матвеев, И.В. Чечет, В.Ю. Абрашкин, М.Ю. Анисимов, С.Г. Матвеев; заявитель и патентообладатель Самар. науч.-ислед. ун-т. – № 2018114194; заявл. 17.04.18; опубл. 01.08.18.
22. Микрохроматограф с бинарными колонками на плоскости: Заявка № 041321 Российская федерация. / И.А. Платонов, Ю.И. Арутюнов, В.И. Платонов, В.И. Платонов, И.В. Чечет, С.Г. Матвеев; заявитель Самар. науч.-ислед. ун-т. – № 2018126034; заявл. 13.07.2018; опубл. 08.11.2018.
23. Матвеев, С. С. Методика определения эмиссии оксидов углерода камерами сгорания газотурбинных двигателей с использованием детальной химической кинетики окисления суррогатов керосина [Электронный ресурс] : дис. ... канд. техн. наук : 05.07.05 / Матвеев Сергей Сергеевич ; М-во образования и науки Рос. Федерации, Самар. нац. исслед. ун-т им. С. П. Королева (Самар. ун-т). – Самара, 2017. – on-line (дата обращения: 24.10.2018).
24. Назукин, В.А. Расчетные методики для прогнозирования характеристик фронтовых устройств камер сгорания газотурбинных двигателей [Электронный ресурс] : дис. ... канд. техн. наук : 05.07.05 / Назукин Владислав Алексеевич ; ОДК-Авиадвигатель. - Пермь, 2018. - on-line (дата обращения: 23.11.2018).
25. Чечет, И. В. Методика определения эмиссии канцерогенных ароматических углеводородов камерами сгорания газотурбинных двигателей и установок [Электронный ресурс] : дис. ... канд. техн. наук : 05.07.05 / Чечет Иван Викторович ; М-во образования и науки Рос. Федерации, Самар. нац. исслед. ун-т им. С. П. Королева (Самар. ун-т). - Самаpа, 2018. - on-line. (дата обращения: 12.10.2018).