Реєстраційний номер
0826U003555, Дисертація доктора філософії
На здобуття
Доктор філософії
Дата захисту
11-08-2026
Статус
Захищена
Назва роботи
Ефективність камери згоряння газотурбінного агрегату контактного типу, що працює на водні
Здобувач
Шмарков Олександр Андрійович,
Керівник Сербін Сергій Іванович
Опонент Сагін Сергій Вікторович
Опонент Білоусов Євген Вікторович
Рецензент Гогоренко Олексій Анатолійович
Рецензент Кузнецов Валерій Валерійович
Установа, організація, у вченій раді якої відбудеться/відбувся захист
Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова
Опис
У роботі:
1. Вперше обґрунтовано ефективність спалювання чистого водню в газотурбінних агрегатах контактного типу вітчизняного виробництва з впорскуванням перегрітої пари в камеру згоряння на основі вдосконаленої тривимірної математичної моделі процесів турбулентного горіння, яка відрізняється від відомих наявністю детального кінетичного механізму окиснення водню з урахуванням ступінчастого підведення пари по довжині жарової труби.
2. Вперше отримано фізико-хімічні закономірності реагування водню в високофорсованій камері згоряння ГТД при підведенні екологічної і енергетичної пари відповідно в первинну зону камери та зону розбавлення для зменшення викидів оксидів азоту і підвищення питомої потужності енергетичної системи.
3. Вперше теоретичним шляхом отримано, що в камері згоряння газотурбінного агрегату контактного типу зі ступінчастим впорскуванням пари раціональні значення відношення масових витрат первинного та вторинного повітря при сталій їх сумарній витраті становлять 0.8-0,9, а відношення масових витрат екологічної та енергетичної пари при сталій їх сумарній витраті становлять 1,0-1,1, що забезпечує емісію оксидів азоту менше 25 ppmvd у перерахунку на суху суміш з 15 % вмістом кисню.
4. Вдосконалено підхід до аналізу основних параметрів, які впливають на характеристики вигоряння сумішей водню з повітрям і перегрітою парою, який ґрунтується на використанні реакторної моделі камери згоряння ГТД.
5. Подальшого розвитку набув метод числового тривимірного прогнозування енергетичних і екологічних характеристик камер згоряння ГТД, що працюють на водні, на основі детальних хімічних механізмів реагування, які враховують утворення проміжних нестабільних з’єднань, а також утворення і розкладання оксидів азоту.
За розташуванням матеріалу робота побудована наступним чином:
Вступна частина присвячена обґрунтуванню тематики дослідження, її актуальності, відповідності світовим тенденціям, показано зв’язок з існуючими дослідженнями, визначено об’єкт та предмет дослідження, його мету і задачі, описано методи, висвітлено головні аспекти методології дослідження та верифікації отриманих даних, визначено наукову новизну й практичне значення роботи, представлено послідовність викладення результатів дослідження у публікаціях та ступінь апробації на конференціях.
У першому розділі проаналізовано сучасний стан досліджень на тему використання чистого водню в якості палива контактних газотурбінних двигунів, досліджено підходи до створення високоефективних камер згоряння, розглянуто можливість застосування контактних газотурбінних двигунів на судах типу FPSO та обґрунтовано необхідність проведення дисертаційного дослідження з даної тематики.
У другому розділі описана методологія дослідження робочих процесів в камерах згоряння газотурбінних двигунів контактного типу, що працюють на водні. За допомогою математичного апарату описано процеси горіння водневого палива, особливості турбулізації і теплообміну потоків, можливості числового розв’язання систем диференційних рівнянь за допомогою CFD-комплексів (Computational Fluid Dynamics).
Третій розділ присвячено опису розробленої схеми гібридної газо-паротурбінної установки, яка складається з базового ГТД простої схеми з теплоутилізуючим контуром та контактного газотурбінного агрегату з впорскуванням водяної пари в камеру згоряння. Представлено розроблену математичну модель термодинамічних процесів в елементах цієї енергетичної системи та результати теоретичних досліджень закономірностей зміни параметрів гібридної газо-паротурбінної установки в залежності від потужності.
У четвертому розділі детально розглядається методологія дослідження робочих процесів в камері згоряння контактного газотурбінного двигуна з двоступінчастим впорскуванням водяної пари і чистим воднем в якості основного палива, дано опис розробленої геометричної та кінцево-елементної тетраедральної моделей камери. Проведено тривимірні розрахунки робочого процесу камери згоряння з впорскуванням пари, що працює на водні, з використанням одноступінчастої схеми горіння, що дозволило виявити раціональні співвідношення витрат екологічної пари і повітря через компресор двигуна.
У п’ятому розділі розроблено реакторну модель камери згоряння з впорскуванням пари, що працює на водні, проведено оптимізаційні розрахунки паливоспалюючого пристрою з метою покращення екологічних показників. Виявлено, що ефективним способом зниження викидів оксидів азоту є зменшення прохідного перерізу завихрювача, зменшення відношення витрат первинного та вторинного повітря та збільшення відношення витрат екологічної та енергетичної пари. Знайдено раціональні значення відношень витрат первинного та вторинного повітря, а також витрат екологічної та енергетичної пари через камеру для забезпечення Європейських норм на викиди токсичних компонентів газотурбінними двигунами. Розроблено рекомендації щодо вдосконалення конструктивної схеми камери згоряння для її роботи на водні в складі вітчизняного газотурбінного агрегату контактного типу.
Дата реєстрації
2026-07-14
Додано/оновлено в НРАТ
2026-07-14 / 2026-08-12
