Введение к работе
Актуальность темы. В выхлопе авиационных ГТД содержится больное количество вредных вецеств. Международная организация гражданской авиации (JCA0) нормирует выбросы окиси углерода (СО), окислов азота (NOx), дыха и несгоревяих углеводородов (НС). Под последними подразумевается целый спектр органических соединений, в том числе и полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), обладавцие повыаенной канцерогенной и (или) мутагенной активностьв (т.е.способность!) вызывать раковые заболевания у живых организмов и мутацию клеток). Индикатором присутствия ПАЙ в загрязняицих вецествах принято считать бенз(а)пирен (БП), как один из наиболвэ сильных по воздействии и стабильных канцерогенов, отсутствия которого не было обнаружено ни в одном исследовании при наличии других ПАУ. Органами здравоохранения приняты предельно-допустимые концентрации (ПДК) для БП, которые на 4...6 порядков жестче, чем соответствуйте величины для НС, СО, NOx и дыма. Так. например, ПДК БП в воздухе рабочей зоны составляет 0,15-10 мг/м ,а ПДК для СО -20 мг/м*. Это свидетельствует о реальности угрозы здоровью людей со стороны БП даже в случае попадания микродоз его в атмосферу и, следовательно,о необходимости борьбы за уменьвение этих выбросов.
Согласно имевшимся данным по отечественным авиационным двигателям, в их выхлопных газах содержится 40...450 мкг БП на килограмма сгореваего топлива, что на 5...6 порядков ниже уровня выбросов НС, СО, NOx . Однако, с учётом того, что ПДК БП во столько же раз меньие ПДК других токсичных веществ, оказывается, что условный относительный вклад БП в загрязнение окружающей среды выбросами ГТД составляет 20...40 У. в зависи-
-А'-мости от режима работы двигатели, что сопоставимо с вкладом СО и КОх и существенно превышает соответстиухщув величину для НС. Принимая во внимание тот факт, что помимо БП в отработавиих газах ГТД содержатся и другие канцерогенные ПЛУ. можно говорить о значительном вкладе ..группы канцерогенных ПАН в оба.ее загрязнение окружавшей среды вредными веществами, содерхахими-ся в выхлопе ГТД.
Возникавшая в последнее время необходимость применения топлив, отличавшихся по химсоставу от томлив высокой очистки и непрерывное ухудаение экологической обстановки делавт проблему уменъвения загрязнения атмосферы канцерогенными выбросами ГТД чрезвычайно актуальной. Проведенные к настоящему времени экспериментальные исследования не смогли дать ответа на вопрос о взаимосвязи между химсоставом топлива и уровнем образования БП. .Это можно объяснить как тем, что исследования проводились преимущественно на иолноразмерных двигателях, рабочий процесс которых отличается чрезвычайной сложностьв и зависит от ряда факторов, изменявшихся по режиму работы (давление.температура на входе в камеру сгорания (КС), качество смесеобразования и т.д.), так и использованием в некоторых случаях несоверженных методов отбора проб и их анализа. Работ но изученив процесса выгорания БП при подаче вторичного воздуха до настоящего времени не проводилось. В связи с этим экспериментальное изучение влияния химсостава топлива на образование БП и процесса выгорания БП в модельных условиях имеет приоритетное значение, так как по другим факторам, определявшим выброс БП КС ГТД: температура, давление, качество смесеобразования, состав топливо-воздумной смеси (ТВС) ухе получены достоверные данные о механизме их воздействия на выход БП из КС. Реиение этой проблемы может быть выполнено ливъ путем глубоких научных исследований
-5-механизмов образования и выгорания БП и разработки на этой основе методов уменьшения его выбросов. Данная работа была начата в соответствии с Постановлением ГКНТ СССР N 555 от 30.10.85 и научно-технической программой "Полет" Министерства авиационной промышленности.
Цель работы. Выявление влияния химсостава топлива на образование и выброс бенз(а)пирена при схигании углеводородных топлив в КС ГТД. разработка рекомендаций, направленных на сни-хение уровня выбросов бенз(а)пирена с выхлопными газами авиационных ГТД.
Задачи исследования. Экспериментально исследовать влияние химсостава топлива на образование бенз(а)пирена при горении гомогенной топливовоздуиной смеси в модельных условиях. Экспе-' риментально исследовать влияние химсостава топлива и выгорания бензСа)пирена на уровень выброса бенз(а)пирена КС ГТД и разработать рекомендации по его снихении.
Научная новизна работа. В результате проведенного исследования установлена зависимость массового выхода БП ( 1бп, мкг БП/кг сгореаяего топлива ) при схигании углеводородных топлив от молекулярной структуры топлива и содерхання в нём водорода. Проведена оценка влияния моно-, бициклических и полициклических ароматических углеводородов на уровень выхода БП при различных временах пребывания продуктов сгорания (пр) в модельной КС. Показано, что выгорание 5П при подаче вторичного воздуха лимитируется условиями смеиения воздуха с продуктами сгорания а не химической кинетикой. Получены экспериментальные данные но распределения концентраций БП ( Сбп.г/м3 )по длине и радиусу КС традиционной схемы, свидетельствупцие о сучествен-ном вкладе в суммарный выброс БП КС со стороны пристеночного слоя, где реакции выгорания БП"заморохены"из-"за низких темпе-
ратур. Экспериментальных путем установлено, что влияние химсостава топлива на выброс БП КС ГТД сопоставимо с влиянием такого фактора как качество смесеобразования.
Практическая ценность работы. Результаты исследования позволяет проанализировать и оценить влияние вида используемого на "конкретном изделии топлива на интенсивность образования БП в зоне горения, показывают возмохность существенного снижения выброса БП за счет качественной организации его выгорания, подачи воды в первичную зону и улучшения мелкости распыливания.
Результаты работы использованы на предприятиях авиационной промиленности, ЦИАМ, Ш "САТУРН", АО СКБУ, а такхе АО АвтоВАЗ Апробация работы. Результаты диссертационной работы обсуждались: на Всесоюзной научно-технической конференции "Газотурбинные и комбинированные установки" (КГТУ им. Баумана. Москва 1991); на научно-техническом совете отдела 005 ЦИАН (Москва 1988, 1989, 1990 ); на Всесовзной научно-технической конференции "Образование и выброс канцерогенных углеводородов с продуктами сгорания томлив" С Самара 1991 ). на НТС каф. "Теория двигателей летательных аппаратов" СГЯН (Самара 1991, . 1994* ), на НТС каф. "Теплотехника и тепловые двигатели" СГА9 (Самара 1994 ).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ.
Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заклвчениа. Работа изложена на 160 страницах машинописного текста, содержит.54 рисунка и 5 таблиц. Список использованных источников содержит 149 работ.
