Способ генерации лк, разработанный в фгуп «циам им. П.И. Баранова»
С целью проверки способа получения ЛК путём механического дробления в ФГУП ЦИАМ им. Баранова было разработано и изготовлено специальное устройство - генератор ледяных кристаллов.
Процесс генерирования ЛК основан на резании бруска льда набором вращающихся дисковых пил. Получение бруска льда осуществляется методом замораживания дистиллированной воды в кювете помещенной внутри морозильной камеры при температуре окружающего воздуха -20С и влажности φвоз. < 50%, после чего брусок льда подвергается механической обработке для получения необходимых размеров бруска при испытаниях.
Рис. 19. Генератор ледяных кристаллов: 1–общий вид, 2 – набор дисковых пил, 3 – брусок льда.
Рис 20. Кювета для приготовления бруска льда.
Генератор ЛК состоит из силовой рамы, на которую смонтирован короб, изготовленный из фторопласта для установки бруска льда. Так же устройство включает в себя ходовой винт, соединенный с толкателем, посредством которого происходит перемещение бруска льда к набору дисковых пил. Винт приводится в движение с помощью мотор вариатора, который обеспечивает изменение скорости подачи бруска льда. Набор дисковых пил приводится в движение с помощью отдельного мотор редуктора без возможности регулирования частоты вращения выходного вала. Устройство содержит сборник - воронку для сбора ледяных кристаллов, а так же магистральный трубопровод, оборудованный транспортным эжектором, по которому осуществляется подача кристаллов в зону их ввода в АДТ.
При выполнении экспериментальных работ были получены частицы льда средним медианным размером (MVD) от 500 до 4000мкм в зависимости от режима испытаний.
Рис.21. Ледяные кристаллы, полученные с помощью генератора при температуре воздуха в морозильной камере – 100С и скорости подачи ледяного бруска V: 1 - V =1.4 м/мин, 2 - V = 0.83 м/мин, 3 - V =0.25 м/мин
Анализ экспериментальных данных показал, что при постоянной частоте вращения набора дисковых пил уменьшение скорости подачи бруска льда приводит к уменьшению размера генерируемых ледяных кристаллов.
С целью расширения возможных параметрических регулировок устройства для исследования влияния частоты вращения дисковых пил на размер получаемых ледяных кристаллов, была проведена модернизация электрической схемы привода набора дисковых пил.
В процессе проведения испытаний было установлено, что увеличение частоты вращения дисковых пил при постоянной скорости подачи бруска льда приводит к уменьшению размера ЛК.
Демонстрационный модуль для имитации условий атмосферного облака, содержащего ледяные кристаллы
На основе проведенного анализа в ФГУП «ЦИАМ им. П.И. Баранова»был создан демонстрационный модуль, предназначенный для отработки технологических аспектов моделирования в стендовых условиях атмосферного облака, содержащего ледяные кристаллы и смесь фаз. Кроме того, с помощью данного демонстрационного модуля предполагается проведение исследований с целью изучения физических процессов формирования льда в условиях ледяных кристаллов и смеси фаз.
Демонстрационный модуль смонтирован в препарировочном помещении стенда Ц-2 (НИЦ ЦИАМ) (рис.23) и позволяет осуществлять генерирование ледяных кристаллов заданного размера, их хранение, дозирование, транспортировку и ввод в воздушный поток.
Демонстрационный модуль имеет следующие системы:
Система для приготовления ледяных кристаллов (генератор ЛК),
Система для хранения и дозирования кристаллов (бак-дозатор),
Система для транспортирования кристаллов (транспортный эжектор),
Система для ввода кристаллов в воздушный поток (коллектор кристаллов).
Рис.22. Принципиальная схема демонстрационного модуля.
В морозильной камере установлено устройство, генерирующее ледяные кристаллы. Устройство включает подающий механизм, с помощью которого ледяной блок направляется к вращающейся цилиндрической фрезе (фреза состоит из набора циркулярных пил). Происходит распил ледяного блока на отдельные ледяные кристаллы, размер которых зависит от скорости подачи бруска льда и скорости вращения. Приготовленные кристаллы помещаются в контейнер со шнековым дозатором. Путём изменения скорости вращения шнека регулируется количество ледяных кристаллов подаваемых из контейнера в систему транспортирования. Кристаллы могут либо храниться в контейнере, либо сразу подаваться к исследуемому объекту с помощью шнекового дозатора и системы транспортирования. Система транспортирования включает эжектор, посредством, которого происходит подсос ЛК и дальнейшее транспортирование ЛК по теплоизолированному трубопроводу.
С целью имитации ввода ЛК в скоростной воздушный поток в транспортирующий трубопровод было встроено эжектирующее устройство, предназначенное для придания скорости ледяным кристаллам.
На основе анализа экспериментальных данных и опыта испытаний демонстрационного модуля, была выпущена эскизная компоновка оборудования для имитации условий атмосферного облака, содержащего ледяные кристаллы.
Требования к испытательному стенду для проведения испытаний двигателей в условиях имитации условий атмосферного облака, содержащего ледяные кристаллы и смесь фаз:
- Высота - до 14 км,
- Температура 0 ÷ -60°С,
- Наличие системы обводнения потока,
- Наличие системы имитации потока ледяных кристаллов.
Данный стенд предлагается усовершенствовать, введя в его состав новый коллектор для ввода в поток ЛК. Совместная работа коллектора для ввода в поток ЛК и коллектора для обводнения потока позволит обеспечить на входе ГТД условия ЛК в соответствии с перспективными нормативными документами.
В процессе изучения технологических процессов на демонстрационном модуле были отработаны все системы имитации атмосферного кристаллического облака. Проведенные экспериментальные исследования подтвердили работоспособность демонстрационного модуля и возможность ввода ледяных кристаллов в поток. На данный момент стоит задача создания полноразмерной системы для проведения сертификационных испытаний, которая потребует уже много таких генераторов. В ходе данной работы был проведен расчет такой системы.
Данный расчет был выполнен по методике расчета морозильных камер, изложенной в [6].