Отчет о прикладных научных исследованиях "Эффективное малоэмиссионное сжигание синтез-газа для газотурбинных установок" по теме "Численные и экспериментальные исследования горения газового топлива в условиях, реализующихся в КС ГТУ. Обобщение и оценка результатов ПНИ"

Цели и задачи отчетного этапа: целью настоящего этапа работ являлось проведение экспериментальных исследований горения смесей метана и синтез-газа с применением панорамных оптических методов PIV и PLIF и разработка математической модели физико-химических процессов для численного моделирования турбулентного горения закрученных пламен синтезгаз/воздух при повышенной температуре и давлении. Для достижения целей на данном этапе работ были поставлены следующие задачи: проведение экспериментальных исследований горения газового топлива с подогревом воздуха при повышенном давлении, разработка математической модели для численного моделирования турбулентного горения закрученных пламен смеси синтез-газ/воздух при повышенной температуры смеси и давлении, сравнение результатов моделирования с экспериментальными данными, анализ производительности методов численного моделирования для предсказания нестационарных эффектов в камере сгорания газотурбинного типа при моделировании горения метана и синтез-газа. Результаты работ, выполненные в ИТ СО РАН, представлены в разделах 1-9 Отчета об исследованиях. Результаты работ Иностранного партнера представлены в разделах 10-11 Отчета. Необходимо отметить, что работы были выполнены при непосредственном взаимодействии членов научных групп. В сотрудничестве с Иностранным партнером был разработан и отлажен метод измерений температуры в газовых племенах (в том числе для метана и синтез-газа) на основе флуоресценции гидроксильного радикала. В ИТ СО РАН акцент был сделан на исследовании горения синтез-газа в модельной камере сгорания с использованием фронтового устройства ГТУ типа TURBOMECA. Благодаря работам Иностранного партнера удалось получить уникальные экспериментальные данные, востребованные для валидации кинетических механизмов и численных кодов, моделирующих горение синтез-газа в условиях камер сгорания ГТУ. В ИТ СО РАН разработана математическая модель физико-химических процессов для численного моделирования горения закрученных пламен синтез-газ/воздух при повышенной температуре и давлении, проведено сравнение результатов моделирования с экспериментальными данными. Создана база данных химических реакций горения синтез-газа (H2/CH4/CO/CO2). Проведен анализ производительности методов численного моделирования для предсказания нестационарных эффектов в камере сгорания газотурбинного типа при моделировании горения метана и синтез-газа. Разработана методика нестационарного расчета процессов в камерах сгорания газовых турбин, сжигающих синтез-газ в широком диапазоне давлений и повышенной температуры воздуха. Разработан метод организации малоэмиссионного сжигания синтез-газа в камерах сгорания перспективных газотурбинных установок. Разработан проект ТЗ на ОКР по теме «Проектирование фронтового устройства перспективной малоэмиссионной камеры сгорания на синтез-газе». Выполнена технико-экономическая оценка использования разработанного метода организации малоэмиссионного сжигания синтез-газа в камерах сгорания перспективных газотурбинных установок. Разработаны рекомендации и предложения по использованию результатов проекта в реальном секторе экономики. Совместно с иностранным партнером проведены PLIF/PIV измерения с высоким временным разрешением процессов воспламенения и тушения метановоздушных пламен и пламен синтез-газа в закрученном турбулентном потоке при повышенном давлении и повышенной температуре с частотой до 100 кГц в режиме серийной съемки. Выполнено экспериментальное исследование с высоким временным разрешением динамики нестационарных режимов горения закрученных турбулентных пламен метан/воздух и синтез-газ/воздух в камерах сгорания.