Развитие и апробация аналитических методовэффективного прогнозирования и подавленияавтоколебаний в камерах сгорания

Значительным конкурентным преимуществом современных газотурбинных двигателей и энергетических установокявляются высокая эффективность сжигания топлива, низкий уровень вредных выбросов и надежность работы. Однако,проектирование камер сгорания, обеспечивающих эти характеристики в широком диапазоне режимных параметровзатруднено тем, что реализующиеся в них физико-химические процессы, характеризующиеся широкими спектромвременных и пространственных масштабов, остаются одним из наиболее серьезных вызовов для вычислительнойтермогазодинамики. В частности, принципиальной проблемой является предсказание возникновения нестационарныхрежимов горения, в том числе вследствие термоакустического резонанса, который, как известно, являетсяпринципиальным ограничением при реализации технологии сжигания топлива при значительном избытке воздуха (dry-lean combustion).Целью данного проекта является развитие и апробация аналитических методов эффективного прогнозирования иподавления автоколебаний в камерах сгорания на основе линейного анализа устойчивости и восприимчивости (ЛАУиВ).При помощи этого строгого математического формализма, составляющего важный блок в современной теорииуправления, планируется ответить на несколько основных вопросов. Необходимо понять, где локализовать внешнеевозмущение, вносимое в поток для изменения его характеристик, а также с какой амплитудой и частотой требуетсявоздействовать на течение. Наиболее интенсивные когерентные вихревые структуры описываются при помощиглобального линейного анализа устойчивости осредненных гидродинамических полей. Место оптимальноговоздействия (область наибольшей восприимчивости течения к внешним возмущениям) определяется при помощианализа сопряженных гидродинамических полей. Далее, в ходе выполнения проекта будет реализовано несколькоспособов управления, располагая актуаторы в области наибольшей чувствительности потока (в том возникающихнеблагоприятных автоколебаний) к внешним возмущениям определенной частоты. Внося возмущения реализованнойсистемой актуаторов разной амплитуды, будет получен оптимальный режим управления.Для получения информации о характеристиках течения запланирована серия экспериментальных и численныхисследований структуры и динамики турбулентного потока, смешения и горения газового топлива в модельной камересгорания с закруткой потока, в том числе в условиях интенсивных нестационарных пульсаций. Для измерений будетиспользован метод PIV (Particle image velocimetry) c частотой съемки до 15 кГц. Для численного моделирования будетиспользован метод крупных вихрей LES (Large-eddy simulation) c хорошим пространственным разрешением исовременные модели турбулентного горения. На базе описанного подхода, включающего численные расчеты,эксперимент и теоретический анализ, будут разработаны несколько стратегий активного управления характеристикамирассматриваемого потока для подавления нежелательных автоколебаний в камере сгорания. Основываясь наполученном научном заделе, данный комплексный подход может быть успешно применен к широкому спектру задачпри проектировании энергетического оборудования