Symulacja emisji silnika
Europejski program badań strategicznych podkreśla rolę wiropłatów jako konkurencyjnego i przystępnego środka transportu dla połączeń z punktu A do punktu B. Dlatego właśnie silniki turbogazowe objęto surowymi przepisami w zakresie emisji zanieczyszczeń. Ponieważ emisje wzbudzają coraz więcej uwagi, naukowcy pracują nad stworzeniem narzędzi obliczeniowych do prognozowania poziomów emisji gazów wydechowych w różnych warunkach lotu i roboczych. W tym celu zainicjowano finansowany ze środków UE projekt "Emission analysis. Tools required to perform the emission analysis and evaluation methodology" (EMICOPTER), którego celem jest stworzenie potężnego narzędzia do prognozowania emisji. Narzędzie to nie wymaga strojenia parametrów, które zwiększałyby jego wiarygodność, szczególnie do prognoz w warunkach, w jakich brak jakichkolwiek informacji eksperymentalnych. W projekcie wyprodukowano szczegółowe modele w oparciu o dane uzyskane metodami obliczeniowej dynamiki płynów (CFD) i kinetyki, które następnie wykorzystano w symulacjach CFD. Dane uzyskane metodą CFD poddano przetwarzaniu końcowemu za pomocą narzędzia kinetycznego przeznaczonego do dokładnego opisywania i prognozowania powstawania zanieczyszczeń w procesie spalania. Wykorzystano także szczegółowe metody kinetyczne w celu lepszego opisywania pola temperatury w zespole komory spalania, udoskonalając w ten sposób kalkulację emisji. Ponieważ obliczenia te wymagają wiele czasu do przetworzenia, opracowano także konkretne algorytmy liczbowe. Po starannej analizie stanu rzeczy, naukowcy zdefiniowali paliwo zastępcze, a także opracowali kinetykę spalania i dokonali jej walidacji. Uzyskany mechanizm kinetyczny przyczynił się do stworzenia bazy danych zawierającej obliczenia CFD. Zostały one oparte na geometrii komory spalania silnika helikoptera określonego typu. Ten konkretny silnik zbadano w celu scharakteryzowania niespalonej formacji węglowodorowej, która obniża wydajność spalania, a w rezultacie zwiększa zużycie paliwa i emisje tlenku azotu (NOx). Emisje NOx z silnika sprawdzono w warunkach bezczynności i startu, a następnie porównano z dostępnymi pomiarami doświadczalnymi. Wyniki projektu wystarczająco pokrywają się z danymi eksperymentalnymi i podkreślają znaczenie mechanizmu kinetycznego wykorzystanego w symulacji CFD. Proponowane podejście może zostać wykorzystane nie tylko do oceny emisji generowanych przez istniejące silniki, ale także do projektowania nowych komór spalania o niższym poziomie emisji.
Słowa kluczowe
Emisje zanieczyszczeń, silnik helikoptera, kinetyka, obliczeniowa dynamika płynów, zespół komory spalania, emisje tlenku azotu
